Упражнение 7 на тему: Твердые тела и их превращение в жидкости

1. Если тело обладает анизотропией, означает ли это, что оно обязательно является кристаллическим?

2. Сколько атомов приходится на одну ячейку в кристаллах с объемно-центрированной кубической структурой (см. рис. 8.11)?

3. Сколько элементарных ячеек содержится в 1 см³ свинца? Кристаллическая решетка свинца гранецентрированная (см. рис. 8.9). Плотность свинца ρ = 11 300 кг/м³. Молярная масса свинца М = 0,207 кг/моль. Постоянная Авогадро N_A = 6,02 • 10^-23 моль^-1.

4. Равные количества соли растворяют в двух одинаковых сосудах с водой. В одном случае соль берут в виде одного большого кристалла, а в другом — в виде порошка. В каком случае температура раствора после полного растворения соли будет выше, если до растворения соль и вода находились в обоих случаях при одинаковой температуре?

5. Вода в стакане замерзает при 0 °С. Если же эту воду расчленить на маленькие капельки, то вода в них может быть переохлаждена до -40 °С. Так, например, капельки воды, из которых состоят облака, обычно начинают замерзать при температуре ниже -17 °С. Как объяснить этот факт?

6. Какая температура установится в латунном калориметре массой m₁ = 160 г, содержащем m₂ = 400 г воды при температуре t₁ = 25 °С, после того как расплавится помещенный в воду кусок льда массой m₃ = 50 г, взятый при температуре t₂ = 0 °С? Удельные теплоемкости латуни и воды равны соответственно с₁ = 380 Дж/(кг • К) и с₂ = 4,2 • 10³ Дж/(кг • К). Удельная теплота плавления льда λ = 3,34 • 10⁵ Дж/кг.

7. В калориметре находится лед. Определите теплоемкость калориметра, если для нагревания его вместе с содержимым от 270 до 272 К требуется количество теплоты, равное Q₁ = 2100 Дж, а от 272 до 274 К — количество теплоты, равное Q₂ = 69 700 Дж. Удельные теплоемкости льда и воды равны соответственно с₁ = 2,1 • 10³ Дж/(кг • К) и с₂ = 4,2 • 10³ Дж/(кг • К). Удельная теплота плавления льда λ = 3,34 • 10⁵ Дж/кг.

8. В массивный алюминиевый сосуд, нагретый до температуры t₁ = 300 °С, положили лед массой m₂ = 0,25 кг при температуре t₂ = 0 °С. Когда температура сосуда сравнялась с температурой его содержимого, оказалось, что в сосуде находится вода массой m₃ = 0,24 кг при t₃ = 100 °С. Какова масса сосуда? Удельная теплоемкость алюминия с₁ = 800 Дж/(кг • К), удельная теплоемкость воды с₂ = 4,2 • 10³ Дж/(кг • К). Удельная теплота плавления льда λ = 3,34 • 10⁵ Дж/кг, удельная теплота парообразования воды при 100 °С r = 2,3 • 10⁶ Дж/кг.

9. Осторожно охлаждая 0,5 кг воды, удалось довести ее температуру до -8 °С. Какое количество льда образуется, если бросить в воду маленький кусочек льда? Удельная теплота плавления льда λ = 3,34 • 10⁵ Дж/кг. Считать удельную теплоемкость переохлажденной воды такой же, как и обычной воды, т. е. с = 4,2 • 10³ Дж/(кг • К).

10. В сосуде, из которого быстро выкачивают воздух, находится небольшое количество воды при 0 °С. За счет интенсивного испарения происходит постепенное замораживание воды. Какая часть первоначального количества воды может быть обращена таким образом в лед при 0 °С? Удельная теплота плавления льда при 0 °С равна λ = 3,34 • 10⁵ Дж/кг, удельная теплота парообразования воды при 0 °С r = 2,5 • 10⁶ Дж/кг.

11. В воду объемом 1 л при 20 °С бросили комок мокрого снега массой 250 г. Когда весь снег растаял, то общая температура стала равной 5 °С. Определите количество воды в комке снега.

12. Сосуд со 100 г воды при температуре 0 °С был подвешен посредине комнаты. Через 15 мин температура воды в нем поднялась до 2 °С. Когда же в сосуде находилось равное по массе количество льда, то лед растаял за 10 ч. Можно ли по этим данным оценить удельную теплоту плавления льда λ?

13. Лед массой 100 г при температуре 0 °С помещен в теплонепроницаемую оболочку и подвергнут сжатию до давления р = 1200 атм. Найдите массу растаявшей части льда, если понижение температуры плавления происходит прямо пропорционально давлению и при увеличении давления на 138 атм температура плавления понижается на 1 °С.

14. В теплоизолированном сосуде содержится смесь воды массой m¹ = 500 г и льда массой m² = 54,4 г при температуре t¹ = 0 °С. В сосуд вводится насыщенный пар массой m³ = 6,6 г при температуре t² = 100 °С. Какой будет температура t после установления теплового равновесия? Удельная теплота парообразования воды m = 2,3 • 10⁶ Дж/кг, удельная теплота плавления льда λ = 3,34 • 10⁵ Дж/кг, удельная теплоемкость воды с = 4,2 • 10³ Дж/(кг • К).

15. Два одинаковых кусочка льда летят навстречу друг другу с равными по модулю скоростями и при ударе обращаются в пар. Оцените минимально возможные скорости льдинок перед ударом, если их температура равна -12 °С. Удельная теплоемкость льда с = 2,1 • 10³ Дж/(кг • К). Удельная теплота плавления льда при 0 °С λ = 3,34 • 10⁵ Дж/кг.