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

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

Рис. 54

Для того чтобы вода перешла из жидкого состояния в твердое (замерзла), необходимо, чтобы она не только достигла температуры кристаллизации ($0^\circ\text{C}$ при нормальном атмосферном давлении), но и отдала во внешнюю среду определенное количество энергии — теплоту кристаллизации. Без отвода этой энергии процесс замерзания не начнется.

Рассмотрим каждую из представленных установок:

Левый стакан (пробирка в тающем льду)

В этом стакане пробирка с водой помещена в смесь воды и тающего льда, температура которой составляет $0^\circ\text{C}$. Процесс таяния льда требует поглощения энергии (теплоты плавления). В то же время процесс кристаллизации (замерзания) воды в пробирке сопровождается выделением энергии (теплоты кристаллизации). Таким образом, создаются условия для теплообмена: вода в пробирке, находясь при $0^\circ\text{C}$, будет отдавать теплоту, а окружающий ее лед, находясь при той же температуре, будет эту теплоту поглощать, продолжая таять. Этот обмен энергией будет происходить до тех пор, пока вся вода в пробирке не замерзнет.

Правый стакан (пробирка в воде при $0^\circ\text{C}$)

В этом стакане пробирка с водой помещена в воду, которая также имеет температуру $0^\circ\text{C}$. Между водой в пробирке и водой в стакане устанавливается тепловое равновесие, так как их температуры одинаковы. Для замерзания воде в пробирке нужно отдать теплоту кристаллизации. Однако окружающая ее вода в стакане не может принять эту энергию, поскольку для этого ее температура должна была бы повыситься, что невозможно в условиях теплового равновесия при $0^\circ\text{C}$. Отсутствует разность температур, а следовательно, и направленный тепловой поток от пробирки вовне. Воде в пробирке некуда отдавать энергию для кристаллизации.

Ответ: Вода замерзнет только в пробирке, которая находится в стакане с тающим льдом (левый рисунок). Это произойдет потому, что для замерзания вода должна отдавать теплоту кристаллизации, а тающий лед способен эту теплоту поглощать. В пробирке, помещенной в воду с температурой $0^\circ\text{C}$ (правый рисунок), вода не замерзнет, так как из-за отсутствия разности температур нет теплообмена, необходимого для отвода теплоты кристаллизации.