ID: 00015241
Кристаллическое вещество медленно нагревалось в плавильной печи с постоянной мощностью. Тепловые потери были пренебрежимо малыми. В таблице приведены результаты измерений температуры этого вещества в разные моменты времени. Выберите из предложенного перечня все утверждения, которые соответствуют результатам проведённого экспериментального исследования, и укажите их номера.
1) Температура плавления вещества в данных условиях равна 227 °С.
2) Через 22 мин после начала измерений часть вещества находилась в твёрдом, а часть — в жидком состоянии.
3) Удельная теплоёмкость вещества в жидком состоянии меньше, чем в твёрдом состоянии.
4) Через 15 мин после начала измерений всё вещество находилось в жидком состоянии.
5) Для нагревания вещества до температуры плавления понадобилось 20 минут.
Запишите в ответ выбранные цифры.
Время, мин | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Температура, °С | 205 | 214 | 223 | 227 | 227 | 227 | 229 | 234 |
Источник: ФИПИ
Мощность печи постоянна, теплопотерь нет — значит за каждые 5 минут в вещество поступает одна и та же порция теплоты. Пока вещество нагревается в одном агрегатном состоянии, температура растёт; когда часть теплоты уходит на плавление, температура на время «замирает» — это и есть горизонтальный участок графика зависимости $t(τ)$.
Данные из таблицы: 0 мин — 205 °C, 5 мин — 214 °C, 10 мин — 223 °C, 15 мин — 227 °C, 20 мин — 227 °C, 25 мин — 227 °C, 30 мин — 229 °C, 35 мин — 234 °C.
Видно, что температура растёт с 0 по 15 минуту (вещество ещё твёрдое), с 15 по 25 минуту держится ровно на 227 °C (идёт плавление), а с 25 минуты снова растёт (вещество уже расплавилось и греется как жидкость).
Именно на этом уровне температура стоит на месте три измерения подряд (15, 20 и 25 минут) — это и есть температура плавления. Верно.
22 минуты попадают внутрь плато плавления (оно длится с 15-й по 25-ю минуту). Пока температура держится на уровне плавления, вещество плавится постепенно — в любой момент внутри этого промежутка одновременно есть и ещё не расплавившееся твёрдое вещество, и уже расплавившаяся жидкость. Верно.
Мощность одна и та же, поэтому за равные 5 минут подводится одна и та же теплота $Q$; тогда $Q=cm\Delta t$, и чем сильнее выросла температура за эти 5 минут, тем меньше теплоёмкость. До плавления (0–15 мин, твёрдое состояние): рост на $227-205=22\,°C$ за 15 минут, то есть $\approx 1{,}47\,°C$ за минуту. После плавления (25–35 мин, жидкое состояние): рост на $234-227=7\,°C$ за 10 минут, то есть $0{,}7\,°C$ за минуту. Жидкое состояние греется медленнее — значит его теплоёмкость больше, а не меньше, чем у твёрдого. Неверно.
На 15-й минуте температура только-только достигла 227 °C — это самое начало плато плавления. Плавление ещё не завершилось (оно длится до 25-й минуты), поэтому в жидком состоянии находится лишь малая часть вещества, а не всё оно. Неверно.
Температура впервые достигает 227 °C уже на 15-й минуте (а не на 20-й) — именно тогда и начинается плато. Неверно.
Верны утверждения 1 и 2.