Тепловые Явления — Задание 19 ОГЭ по физике №00040604

Что дано

Диаграмма состояний воды: по горизонтали температура $t$ (°С), по вертикали давление $p$ (мм рт. ст.). Плоскость разбита тремя кривыми на три области — «Лёд», «Вода» и «Пар»:

• кривая а — граница лёд—вода (плавление и кристаллизация);
• кривая б — граница вода—пар (кипение и конденсация);
• кривая в — граница лёд—пар (возгонка и десублимация).

Все три кривые сходятся в одной точке — тройной точке с координатами $t=+0{,}01$ °С и $p=4{,}6$ мм рт. ст. Только в ней лёд, вода и пар могут существовать одновременно.

Точка А лежит в области «Лёд», выше уровня 760 мм рт. ст.

Идея

Перевести вещество «минуя жидкое состояние» — значит провести его состояние по диаграмме такой дорожкой из А в область «Пар», которая не заходит в область «Вода».

Ключ к решению — тройная точка. Кривая в (лёд—пар) идёт из тройной точки вниз-влево, то есть лежит целиком ниже давления 4,6 мм рт. ст. Значит прямая граница между льдом и паром существует только при давлениях ниже, чем в тройной точке. Пока давление выше 4,6 мм рт. ст., лёд при нагревании обязан сначала стать водой (пересечь кривую а), и обойти жидкое состояние не получится.

Как проложить путь

Из точки А начинаем откачивать воздух, то есть понижаем давление, оставляя температуру прежней (она у А ниже нуля). На диаграмме состояние опускается по вертикали вниз. Область «Вода» при этом не задевается: она лежит правее, за кривой а. Когда давление опустится ниже 4,6 мм рт. ст., вертикаль пересечёт кривую в — и лёд перейдёт прямо в пар.

Такой переход из твёрдого состояния сразу в газообразное называется возгонкой (сублимацией). На него тратится энергия — теплота возгонки, — которую надо подводить, иначе лёд остынет и процесс остановится.

Вывод

Да, лёд из состояния А можно перевести в пар, минуя жидкое состояние: нужно понизить давление ниже 4,6 мм рт. ст. при температуре ниже +0,01 °С. На этом основана сушка вымораживанием (лиофильная сушка), которой получают, например, растворимый кофе и продукты для космонавтов.