Фазовые переходы и тепловой баланс — 10 класс

Посчитайте теплоту фазового перехода, решите задачи на смесь воды и льда и объясните насыщение пара.

  • 8 вопросов
  • ≈ 8 мин
  • Средний
  • физика
  • 10 класс
  • фазовые переходы
  • тепловой баланс
  • насыщенный пар

Вопросы и ответы

Выберите ответ мысленно и откройте пояснение для проверки.

  1. Какое количество теплоты нужно для полного плавления 0,15 кг льда при 0 °C? Удельная теплота плавления 330 кДж/кг.

    • 22 кДж
    • 33 кДж
    • 220 кДж
    • 49,5 кДж
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: 49,5 кДж

    При плавлении Q = λm = 330 × 0,15 = 49,5 кДж. Дополнительный нагрев не нужен: лёд уже при температуре плавления.

  2. В теплоизолированном сосуде 0,2 кг воды при 20 °C смешали с 0,1 кг льда при 0 °C. Удельная теплоёмкость воды 4,2 кДж/(кг·°C), теплота плавления льда 330 кДж/кг. Теплоёмкостью сосуда пренебрегаем. Что будет в конце?

    • Вода и оставшийся лёд при 0 °C
    • Только вода выше 0 °C
    • Только лёд ниже 0 °C
    • Только вода при 20 °C
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Вода и оставшийся лёд при 0 °C

    При охлаждении до 0 °C вода отдаст 16,8 кДж, а для плавления всего льда нужно 33 кДж. Лёд растает частично, температура смеси будет 0 °C.

  3. 0,25 кг воды уже при температуре кипения. Какое количество теплоты нужно, чтобы превратить её в пар при той же температуре? Удельная теплота парообразования 2,3 МДж/кг.

    • 230 кДж
    • 2,3 кДж
    • 575 кДж
    • 9 200 кДж
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: 575 кДж

    Q = Lm = 2,3 × 0,25 = 0,575 МДж, или 575 кДж.

  4. В закрытом сосуде при постоянной температуре над водой установилось равновесие с насыщенным паром. Что происходит с молекулами на поверхности воды?

    • Молекулы перестают двигаться
    • Испарение и конденсация идут с одинаковой скоростью
    • Идёт только испарение
    • Идёт только конденсация
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Испарение и конденсация идут с одинаковой скоростью

    Равновесие динамическое: в среднем за одно и то же время в пар уходит столько же молекул, сколько возвращается в жидкость.

  5. При данной температуре плотность водяного пара равна 9 г/м³, а плотность насыщенного пара 15 г/м³. Какова относительная влажность?

    • 60 %
    • 40 %
    • 67 %
    • 90 %
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: 60 %

    При одной температуре относительная влажность равна отношению плотностей пара. 9/15 = 0,6, то есть 60 %.

  6. Воду нагревают там, где атмосферное давление ниже обычного. Как меняется температура её кипения по сравнению с кипением при нормальном давлении?

    • Становится выше
    • Становится ниже
    • Не меняется
    • Обязательно становится 0 °C
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Становится ниже

    Кипение начинается, когда давление насыщенного пара достигает внешнего давления. При меньшем внешнем давлении для этого нужна меньшая температура.

  7. Чистое кристаллическое вещество плавится при постоянном давлении. Температура держится на уровне плавления, а нагрев продолжается. На что уходит энергия?

    • На увеличение температуры расплава до кипения
    • На прекращение движения частиц
    • На уменьшение массы всего образца
    • На фазовый переход из твёрдого состояния в жидкое
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: На фазовый переход из твёрдого состояния в жидкое

    Пока остаются обе фазы чистого вещества, добавленная энергия расходуется на переход части вещества в жидкость.

  8. Один килограмм воды при 40 °C смешали с 0,5 кг воды при 10 °C в теплоизолированном сосуде. Теплоёмкостью сосуда и испарением пренебрегаем. Какова температура смеси?

    • 25 °C
    • 35 °C
    • 30 °C
    • 20 °C
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: 30 °C

    Для одной жидкости теплоёмкость сокращается. Температура смеси равна (1 × 40 + 0,5 × 10)/1,5 = 30 °C.

При нагревании тела важно проверять, достигла ли его температура точки плавления или кипения. После этого подводимая энергия может менять агрегатное состояние при постоянной температуре.

В задачах на тепловой баланс сравните, сколько теплоты может отдать тёплое тело и сколько нужно холодному. Так можно понять, успеет ли весь лёд растаять, ещё до расчёта конечной температуры.