Задание №14 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
В калориметр с водой добавили лёд. На рисунке представлены графики зависимости температурыt от времени τ для воды и льда в калориметре. Теплообмен с окружающей средой пренебрежимо мал.
Используя данные графика, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.
Начальная температура льда равна t1.
Участок БВ соответствует процессу плавления льда в калориметре.
Точка В соответствует времени, когда в системе вода-лёд установилось состояние теплового равновесия.
К моменту установления теплового равновесия вся вода в калориметре превратилась в лёд.
Процесс, соответствующий участку ГВ, идёт с поглощением энергии.
Правильный ответ
35
Пояснение
Решение.
Проанализируем график зависимости температуры от времени . На графике представлены две линии, соответствующие процессам, происходящим с водой и льдом в калориметре.
1) Верхний график начинается в точке А с положительной температурой . Поскольку вода при нормальном давлении находится в жидком состоянии при температуре выше 0 \, ^\circ\text{C} , точка А соответствует начальной температуре воды. Нижний график начинается в точке Г с отрицательной температурой . Это начальная температура льда. Следовательно, утверждение № 1 неверно.
2) Участок АБ соответствует охлаждению воды от до 0 \, ^\circ\text{C} . В точке Б вода достигла температуры кристаллизации. Участок БВ — это горизонтальный отрезок при температуре 0 \, ^\circ\text{C} . Так как вода отдаёт тепло более холодному льду, на этом участке происходит кристаллизация (замерзание) части воды, а не плавление льда. Плавление льда могло бы происходить только при подводе тепла извне или от более горячего тела, но здесь вода сама охлаждается и замерзает. Утверждение № 2 неверно.
3) Состояние теплового равновесия характеризуется тем, что температуры всех тел в системе становятся одинаковыми и перестают меняться со временем (в отсутствие внешнего теплообмена). На графике обе линии сходятся в точке В при температуре 0 \, ^\circ\text{C} . После этого момента изменения температуры не происходит. Значит, точка В соответствует моменту установления теплового равновесия. Утверждение № 3 верно.
4) В точке В установилась температура 0 \, ^\circ\text{C} . При этой температуре в калориметре могут одновременно находиться и лёд, и вода. График не даёт информации о массах веществ, достаточной для вывода о полном промерзании всей воды. Обычно в таких задачах, если график не уходит в область отрицательных температур после точки В, это означает, что в системе осталась смесь воды и льда. Утверждение № 4 неверно.
5) Участок ГВ соответствует изменению температуры льда от до 0 \, ^\circ\text{C} . Температура льда растёт, следовательно, его внутренняя энергия увеличивается за счёт получения количества теплоты от остывающей воды. Процесс нагревания всегда идёт с поглощением энергии. Утверждение № 5 верно.
Ответ: 35
Источник: ФИПИ