Уравнение теплового баланса при наличии фазовых переходов

Напомним некоторые факты, известные вам из курса физики основной школы.

Для того чтобы полностью расплавить кристаллическое твёрдое тело при его температуре плавления, надо сообщить ему количество теплоты Q, пропорциональное массе m тела:

Q = λm.

Коэффициент пропорциональности λ называют удельной теплотой плавления. Она численно равна количеству теплоты, которое надо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг при температуре плавления, чтобы полностью превратить его в жидкость. Единицей удельной теплоты плавления является 1 Дж/кг (джоуль на килограмм).

Например, удельная теплота плавления льда равна 330 кДж/кг.

6. На какую высоту можно было бы поднять человека массой 60 кг, если увеличить его потенциальную энергию на величину, численно равную количеству теплоты, которая нужна для того, чтобы расплавить 1 кг льда при температуре 0 °С?

При решении задач важно учитывать, что твёрдое тело начнёт плавиться только после того, как оно всё нагреется до температуры плавления. На графике зависимости температуры тела от переданного ему количества теплоты процесс плавления представляет собой горизонтальный отрезок.

7. На рисунке 48.2 изображён график зависимости температуры тела массой 1 кг от переданного ему количества теплоты.

Рис. 48.2

а) Какова удельная теплоёмкость тела в твёрдом состоянии?

б) Чему равна температура плавления?

в) Чему равна удельная теплота плавления?

г) Какова удельная теплоёмкость тела в жидком состоянии?

д) Из какого вещества может состоять данное тело?

8. В атмосферу Земли влетает железный метеорит. Удельная теплоёмкость железа равна 460 Дж/(кг • К), температура плавления 1540 °С, удельная теплота плавления 270 кДж/кг. Начальную температуру метеорита до входа в атмосферу примите равной -260 °С. Примите, что 80 % кинетической энергии метеорита при движении сквозь атмосферу переходит в его внутреннюю энергию.

а) Какова должна быть минимальная начальная скорость метеорита, чтобы он нагрелся до температуры плавления?

б) Какая часть метеорита расплавится, если его начальная скорость равна 1,6 км/с?

Если при наличии фазовых переходов требуется найти конечную температуру тел, то прежде всего надо выяснить, каким будет конечное состояние. Например, если в начальном состоянии заданы массы льда и воды и значения их температур, то есть три возможности.

Окончание >>>