Задание №14 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Проанализируем график зависимости температуры $t$ от времени $\tau$. На графике представлены две линии, соответствующие процессам, происходящим с водой и льдом в калориметре.

1) Верхний график начинается в точке А с положительной температурой $t_1$. 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 $t_2$. Это начальная температура льда. Следовательно, утверждение № 1 неверно.

2) Участок АБ соответствует охлаждению воды от $t_1$ 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 $t_2$ 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