Плавление и отвердевание: объяснение и задачи по физике 8 класса

Плавление и отвердевание в 8 классе описывают переход кристаллического вещества из твёрдого состояния в жидкое и обратно. Главная странность темы: пока вещество плавится, его температура не растёт, хотя тепло к нему подводят. Разберём, куда уходит энергия, как читать график и как считать по формуле Q = λm.

Суть простыми словами

Положи лёд из морозилки на тёплую батарею и поставь рядом термометр. Лёд нагреется до 0 °C, начнёт таять, а температура застрянет на нуле, пока не растает последний кусочек. Тепло при этом поступает, но оно уходит не на разгон частиц, а на разрушение кристаллической решётки: частицы, жёстко сидевшие в узлах, получают свободу. Внутренняя энергия растёт за счёт потенциальной части.

Температура плавления. У каждого кристаллического вещества она своя и при плавлении, и при затвердевании одинаковая: лёд 0 °C, олово 232 °C, свинец 327 °C. Аморфные тела (стекло, пластилин) резкой температуры плавления не имеют, они размягчаются постепенно.

Удельная теплота плавления λ — это количество теплоты, нужное для превращения 1 кг вещества, уже нагретого до температуры плавления, в жидкость. Единица Дж/кг. У льда λ = 3,3·10⁵ Дж/кг.

Формула: Q = λ · m. При отвердевании жидкость отдаёт столько же теплоты, сколько получила при плавлении той же массы.

График. Нагреваем лёд: наклонный участок вверх (температура растёт), горизонтальная «полка» при 0 °C (плавление), снова наклонный участок (нагревается вода). Остывание воды даёт зеркальную картинку: спуск, полка при 0 °C (отвердевание), спуск.

Разобранная задача. Сколько теплоты нужно, чтобы расплавить 2 кг льда, взятого при 0 °C? Лёд уже при температуре плавления, нагревать его не надо. Q = λ·m = 3,3·10⁵ · 2 = 6,6·10⁵ Дж = 660 кДж. Ответ: 660 кДж.

Где встречается на экзамене

В демо ОГЭ 2027 задание 14 показывает график, где лёд опускают в нагретую жидкость, и просит выбрать верные утверждения. Ответ демо — 13. Верно, что участок ВС — нагревание льда и что участок CD — плавление льда. Неверно, что на CD внутренняя энергия льда не меняется: она растёт. Неверно, что в точке C лёд уже частично расплавился: плавление в C только начинается. И неверно, что вся энергия остывающей воды пошла на нагревание льда: часть ушла на плавление. Задание 8 по спецификации тоже целиком про тепловые явления, так что расчёт по Q = λm может встретиться и там. Значения λ (лёд, свинец, олово, сталь) и температуры плавления (лёд, олово, свинец) есть в справочных данных варианта. Опыт с измерением λ льда есть в списке практических работ кодификатора, но на экзамене его руками делать не придётся: задание 17 в 2027 году — только механика и электричество.

Где ошибаются

1. Думают, что на полке температура растёт. Нет: температура плавления постоянна, пока твёрдое вещество не расплавится целиком.
2. Считают энергию на полке нулевой. Энергия подводится и накапливается во взаимодействии частиц. Внутренняя энергия растёт.
3. Берут Q = cmΔt для самого плавления. Δt там нулевое, формула ничего не даст. Нужна λ·m.
4. Забывают, что до плавления тело надо нагреть. Лёд при −10 °C: сначала греем до 0 °C по cmΔt, затем плавим по λm.
5. Путают направление теплоты. При плавлении тело теплоту получает, при отвердевании отдаёт. Вода при 0 °C замёрзнет только тогда, когда ей есть куда отдать энергию, например в холодный воздух.

Шпаргалка за 30 секунд

Как читать график t(Q) или t(время):

Следующий шаг: нагрей лёд на электроплитке в тренажёре «Плавление, кипение, калориметр» и увидь, как полка удлиняется при росте массы. Потом переходи к теме влажность воздуха, задачи на плавление собраны в сборнике задач по физике 8 класса, а с преподавателем график можно разобрать на пробном занятии по физике.