§ 8. Плавление и кристаллизация

1. Какой процесс называется плавлением? Кристаллизацией?

Процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением. Процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое называется кристаллизацией.

2. К каким веществам применимы термины «температура плавления» и «температура кристаллизации»?

Понятия применимы к веществам, имеющим кристаллическое строение.

3. Как объяснить постоянство температуры при плавлении вещества? На что расходуется подводимая при этом энергия?

Температура при плавлении вещества остается постоянной, потому что подводимая энергия расходуется на разрушение кристаллической решетки и увеличение потенциальной энергии взаимодействия частиц, а не на увеличение кинетической энергии.

4. Как изменяется внутренняя энергия при переходах «твердое вещество — жидкость» и «жидкость — твердое вещество»? Равны ли изменения внутренней энергии при этих переходах?

При переходе «твердое вещество — жидкость» внутренняя энергия увеличивается, а при переходе «жидкость — твердое вещество» внутренняя энергия уменьшается. Изменения внутренней энергии при этих переходах равны по величине, но противоположны по знаку.

5. Можно ли железный гвоздь расплавить в оловянной чашке? Почему?

Нельзя, потому что температура плавления железа (1539 °C) значительно выше температуры плавления олова (232 °C), и олово расплавится раньше, чем железо.

6. В каком состоянии при нормальном атмосферном давлении находятся свинец и азот, если их температуры равны соответственно t_св = 330 °C и t_азота = –215 °C? Почему?

Свинец при температуре 330 °C находится в жидком состоянии, так как эта температура выше его температуры плавления (327 °C). Азот при температуре –215 °C находится в твердом состоянии, так как эта температура ниже его температуры плавления (–210 °C).

7. Кусок льда принесли с улицы, где температура была t₁ = –5 °C, в сарай, температура в котором t₂ = 0 °C. Будет ли таять лед? Почему?

Нет, лёд таять не будет. Хотя температура в сарае равна 0 °C, для плавления льда требуется дополнительная энергия — теплота плавления. После переноса в сарай лёд нагреется с –5 °C до 0 °C, но при этой температуре без дополнительного источника тепла он не сможет получить необходимую энергию для плавления. Поскольку воздух в сарае тоже имеет температуру 0 °C, нет разницы температур для передачи тепла, и лёд останется в твёрдом состоянии.

8. Замерзнет ли вода в какой-либо из пробирок, изображенных на рисунке 54? Почему?

Вода в пробирке, которая находится в сосуде со льдом (слева), может замерзнуть, так как лед в сосуде поддерживает температуру 0 °C, и при такой температуре вода может начать кристаллизоваться. В пробирке, которая находится в сосуде с водой (справа), вода не замерзнет, так как вода при 0 °C не замерзает, если нет льда, который бы способствовал кристаллизации.

Домашнее задание

Зажгите свечу и наблюдайте переход воска из твердого состояния в жидкое. Объясните результаты наблюдения.

При нагревании свечи воск плавится, так как температура воска достигает его температуры плавления. В этот момент воск переходит из твердого состояния в жидкое, поглощая теплоту, которая расходуется на разрушение кристаллической структуры воска. Температура воска при этом остается постоянной, пока весь воск не расплавится.