На рисунке представлен график зависимости температуры t от времени τ, полученный при равномерном нагревании вещества нагревателем постоянной мощности. Первоначально вещество находилось в твёрдом состоянии. Используя данные графика, выберите из предложенного перечня два верных утверждения.

Решение:

Анализируем график зависимости температуры вещества от времени при равномерном нагревании:

Участок 1-2: Температура растёт, вещество находится в твёрдом состоянии. Происходит нагрев твёрдого тела.

Участок 2-4: Температура постоянна (t₂). Происходит фазовый переход — плавление вещества. Вещество находится в двух состояниях: твёрдом и жидком.

Участок 4-5: Температура растёт, вещество находится в жидком состоянии. Происходит нагрев жидкости.

Теперь оценим предложенные утверждения:

1. Испарение вещества происходит только в состояниях, соответствующих горизонтальному участку графика. Испарение — это переход из жидкого состояния в газообразное. Горизонтальный участок (2-4) соответствует плавлению (переходу из твёрдого в жидкое), а не испарению. Испарение происходит при кипении, которое при постоянной мощности нагрева было бы представлено другим горизонтальным участком при более высокой температуре. Таким образом, это утверждение неверно.
2. Удельная теплоёмкость вещества в твёрдом состоянии равна удельной теплоёмкости этого вещества в жидком состоянии. Наклон графика на участке 1-2 (нагрев твёрдого тела) отличается от наклона на участке 4-5 (нагрев жидкости). Удельная теплоёмкость определяется как \( c = \frac{Q}{m \Delta T} \). Если мощность нагревателя постоянна, то \( Q = P \cdot \Delta \tau \). Таким образом, \( c = \frac{P \cdot \Delta \tau}{m \Delta T} \). Величина \( \frac{\Delta \tau}{\Delta T} \) обратно пропорциональна удельной теплоёмкости. На графике видно, что \( \frac{\Delta \tau}{\Delta T} \) на участке 4-5 (жидкость) больше, чем на участке 1-2 (твёрдое тело). Следовательно, удельная теплоёмкость в жидком состоянии меньше, чем в твёрдом. Утверждение неверно.
3. Внутренняя энергия вещества при переходе из состояния 3 в состояние 4 увеличивается. Участок 4-5 соответствует нагреву жидкости. Состояние 3 находится на горизонтальном участке плавления, а состояние 4 — конец плавления. Внутренняя энергия увеличивается как при нагреве, так и при фазовых переходах (плавление, кипение), так как подводится теплота. Следовательно, внутренняя энергия увеличивается. Утверждение верно.
4. Температура t₂ равна температуре плавления данного вещества. Горизонтальный участок графика (2-4) при температуре t₂ указывает на фазовый переход — плавление. Температура, при которой происходит плавление, называется температурой плавления. Утверждение верно.
5. Точка 2 на графике соответствует жидкому состоянию вещества. Точка 2 является началом горизонтального участка плавления. В этой точке вещество начинает переходить из твёрдого состояния в жидкое. Поэтому в точке 2 вещество находится в твёрдом состоянии, а в точке 4 — в жидком. Утверждение неверно.

Два верных утверждения: «Внутренняя энергия вещества при переходе из состояния 3 в состояние 4 увеличивается» и «Температура t₂ равна температуре плавления данного вещества».