Номер 368, страница 76 - гдз по физике 10 класс сборник задач Дорофейчик, Белая

368. Вода является прекрасным охладителем. Почему для предохранения растений от весенних заморозков их рекомендуют периодически опрыскивать водой?

Хотя вода и является прекрасным охладителем (из-за своей очень высокой удельной теплоемкости), в данном случае используется другое ее свойство, связанное с фазовым переходом — кристаллизацией.

Когда температура воздуха опускается до 0°C и ниже, вода, которой опрыскали растения, начинает остывать и замерзать. Этот процесс можно разделить на два этапа, на каждом из которых выделяется теплота, согревающая растение:

1. Охлаждение воды. Остывая от начальной температуры до 0°C, вода отдает тепло растению. Количество отданной теплоты ($Q_1$) определяется ее массой ($m$) и удельной теплоемкостью ($c$): $Q_1 = c \cdot m \cdot \Delta t$. У воды очень высокая удельная теплоемкость ($c_{воды} \approx 4200 \, \frac{Дж}{кг \cdot °C}$), поэтому даже при небольшом остывании она выделяет значительное количество энергии.

2. Кристаллизация (замерзание) воды. Самый важный эффект происходит при замерзании воды. Превращение воды в лед — это фазовый переход, который происходит при постоянной температуре (0°C) и сопровождается выделением большого количества энергии. Эта энергия называется теплотой кристаллизации. Количество выделенной теплоты ($Q_2$) рассчитывается по формуле $Q_2 = \lambda \cdot m$, где $\lambda$ — удельная теплота плавления (кристаллизации) льда, которая очень велика ($\lambda \approx 3,3 \cdot 10^5 \, \frac{Дж}{кг}$).

Эта выделяемая энергия поглощается растением, благодаря чему его температура поддерживается на уровне около 0°C и не опускается до более низких, губительных для клеток значений, даже если температура воздуха падает ниже нуля. Образующаяся на поверхности растения ледяная корочка также играет роль теплоизолятора, защищая его от дальнейшего охлаждения. Периодическое опрыскивание необходимо, чтобы на растении постоянно была вода, которая, замерзая, будет непрерывно выделять тепло.

Ответ: При замерзании (кристаллизации) воды выделяется большое количество теплоты. Эта теплота поглощается растением, и пока на его поверхности есть замерзающая вода, температура растения не опускается значительно ниже 0°C, что и спасает его от повреждения морозом.