Упражнение 14

1. 
   

   Лёд не будет таять в подвале, так как температура воздуха в подвале равна 0 °С, что является температурой замерзания воды. Для таяния льда необходим приток тепла, а при 0 °С теплообмен между льдом и окружающей средой минимален.

   
   


2. 
   

   И лёд, и вода обладают внутренней энергией, так как состоят из молекул, которые находятся в постоянном движении. Внутренняя энергия воды будет больше, чем у льда при одинаковой массе и температуре, так как при плавлении льда энергия затрачивается на разрушение кристаллической решетки, а не на увеличение кинетической энергии молекул.

   
   


3. 
   

   Да, вся вода замёрзнет. Чтобы вода массой 100 г замёрзла при температуре 0°C, необходимо отвести от неё количество теплоты, равное:

   
   $$Q = \lambda m = 3,4 \times 10^5 \text{ Дж/кг} \times 0,1 \text{ кг} = 34 \text{ кДж}$$
   

   Так как вода передает 35 кДж, что больше необходимого, то вся вода замерзнет.

   
   


4. 
   

   Для плавления алюминиевой и стальной детали потребуется разное количество энергии, так как у них разные удельные теплоты плавления. Удельная теплота плавления алюминия ($$\lambda_{Al}$$) примерно равна 3,9 × 10⁵ Дж/кг, а удельная теплота плавления стали ($$\lambda_{ст}$$) примерно равна 2,7 × 10⁵ Дж/кг. Так как масса деталей одинакова, то больше энергии потребуется для плавления алюминиевой детали. Найдем отношение этих энергий:

   
   $$\frac{Q_{Al}}{Q_{ст}} = \frac{\lambda_{Al} m}{\lambda_{ст} m} = \frac{\lambda_{Al}}{\lambda_{ст}} = \frac{3.9 \times 10^5}{2.7 \times 10^5} \approx 1.44$$
   

   Следовательно, для плавления алюминиевой детали потребуется примерно в 1,44 раза больше энергии, чем для плавления стальной детали.