Номер 7, страница 35 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

7. Кусок льда принесли с улицы, где температура была $t_1 = -5 \text{ °C}$, в сарай, температура в котором $t_2 = 0 \text{ °C}$. Будет ли таять лед? Почему?

Дано:

Начальная температура льда: $t_1 = -5$ °C
Температура в сарае: $t_2 = 0$ °C

Перевод в систему СИ (Кельвины):
$T_1 = -5 + 273.15 = 268.15$ К
$T_2 = 0 + 273.15 = 273.15$ К

Найти:

Будет ли таять лед? Почему?

Решение:

Процесс таяния (плавления) твердого тела, в данном случае льда, состоит из двух этапов:

1. Нагревание тела до температуры плавления.
2. Непосредственно процесс плавления при постоянной температуре, для которого телу необходимо сообщить определенное количество теплоты (удельную теплоту плавления).

Температура плавления льда при нормальном атмосферном давлении составляет 0 °C.

В условии задачи лед, имеющий температуру $t_1 = -5$ °C, вносят в сарай, где температура воздуха $t_2 = 0$ °C. Поскольку температура воздуха в сарае выше, чем температура льда ($t_2 > t_1$), начнется процесс теплообмена. Лед будет получать тепло от окружающего воздуха.

Получаемое тепло пойдет на нагревание льда. Его температура будет повышаться от $-5$ °C до тех пор, пока не сравняется с температурой окружающей среды, то есть до $0$ °C. Количество теплоты, необходимое для этого, рассчитывается по формуле $Q_1 = c_{льда} \cdot m \cdot (t_2 - t_1)$, где $c_{льда}$ – удельная теплоемкость льда, а $m$ – его масса.

Когда температура льда достигнет $0$ °C, он окажется в состоянии теплового равновесия с воздухом в сарае. Теплообмен между телами прекращается, когда их температуры становятся одинаковыми.

Для того чтобы лед начал таять, ему необходимо получить дополнительное количество теплоты – удельную теплоту плавления ($Q_2 = \lambda \cdot m$). Однако, поскольку температура льда и окружающего воздуха одинакова ($0$ °C), дальнейшая передача тепла от воздуха ко льду невозможна. Следовательно, лед не получит энергию, необходимую для разрушения кристаллической решетки и перехода в жидкое состояние.

Таким образом, лед нагреется до $0$ °C, но таять не будет.

Ответ:

Нет, лед таять не будет. Он нагреется от $-5$ °C до $0$ °C и на этом процесс остановится. Для таяния льду при температуре $0$ °C необходимо получать дополнительную энергию (теплоту плавления), но так как окружающая среда имеет ту же температуру $0$ °C, теплообмен прекратится, и лед не сможет получить эту энергию.