Задание №14 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

#44208Задание №14ФИПИ

Количество теплоты. ТеплоёмкостьПлавление и кристаллизация

На рисунке представлен график зависимости температуры tот времени τ для процесса непрерывного нагревания слитка свинца массой 1 кг.

Используя данные графика, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

Внутренняя энергия свинца за первые 5 мин. нагревания увеличилась на 16,51 кДж.

Точка Б на графике соответствует твёрдому состоянию свинца.

Температура плавления свинца равна 27 ^оС.

При переходе свинца из состояния Б в состояние В внутренняя энергия свинца увеличивается.

В точке А на графике свинец находится в жидком состоянии.

Правильный ответ

Пояснение

Решение.

Проанализируем график зависимости температуры $t$ свинца от времени $\tau$ . На графике можно выделить два характерных участка: наклонный (нагревание твёрдого тела) и горизонтальный (плавление).

1) Анализ утверждения №3 и №5:
Начальная температура свинца в момент времени $\tau = 0$ составляет $27 \text{ °C}$ . Далее идёт процесс нагревания твёрдого свинца до температуры $327 \text{ °C}$ . При этой температуре график становится горизонтальным (участок БВ), что соответствует фазовому переходу — плавлению. Следовательно, температура плавления свинца равна $327 \text{ °C}$ .
Точка А лежит на участке нагревания твёрдого вещества, значит, в этой точке свинец находится в твёрдом состоянии.
Утверждения №3 и №5 неверны.

2) Анализ утверждения №2:
Точка Б соответствует моменту времени $\tau = 15 \text{ мин}$ , когда свинец нагрелся до температуры плавления, но процесс перехода в жидкое состояние только начинается. В этой точке свинец всё ещё находится в твёрдом состоянии (начало плавления).
Утверждение №2 верно.

3) Анализ утверждения №4:
Участок БВ соответствует процессу плавления. Несмотря на то что температура свинца не меняется, к нему непрерывно подводится теплота от нагревателя. Эта энергия расходуется на разрушение кристаллической решётки. Согласно первому закону термодинамики, подводимое количество теплоты идёт на увеличение внутренней энергии системы.
Утверждение №4 верно.

4) Анализ утверждения №1:
Проверим расчётом изменение внутренней энергии за первые 5 минут.
Из графика видно, что за $\tau = 5 \text{ мин}$ температура свинца поднялась от $27 \text{ °C}$ до $127 \text{ °C}$ .
Дано: $m = 1 \text{ кг}$ , $c = 130 \text{ Дж/(кг·°C)}$ (удельная теплоёмкость свинца из справочных данных ОГЭ), $\Delta t = 127 - 27 = 100 \text{ °C}$ .
Формула: $Q = c \cdot m \cdot \Delta t$ .
Вычисление: $Q = 130 \text{ Дж/(кг·°C)} \cdot 1 \text{ кг} \cdot 100 \text{ °C} = 13000 \text{ Дж} = 13 \text{ кДж}$ .
Значение $13 \text{ кДж}$ не совпадает с $16,51 \text{ кДж}$ .
Утверждение №1 неверно.

Ответ: 24

Источник: ФИПИ