Kvant. Плавление

А так ли хорошо знакомы вам процессы испарение, кипение, плавление? // Квант. — 1987. — № 3. — С. 32-33.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Торопливо и обрадованно мальчик послюнил палец и, подняв, стал медленно поворачивать.
С той стороны, откуда неуловимо тянул ветерок, в пальце почувствовалось ощущение холода.
А. Серафимович «Лесная жизнь»

К ним, разумеется, следует добавить и обратные процессы — конденсацию и кристаллизацию. Все вместе они характеризуют определенные изменения состояний вещества. Состояния эти вам хорошо знакомы: твердое, жидкое, газообразное. Однако ими не исчерпывается все многообразие возможных состояний. Со временем вы узнаете о плазме, о нейтронном состоянии вещества и о том, как к этим состояниям можно перейти. Пока же давайте займемся не экзотическими, а обыденными превращениями вещества, и окажется, что обыденные они лишь на первый взгляд.

Вопросы и задачи

1. В жарких странах напитки помещают в сосуды с пористыми стенками. Зачем?
2. Свежеиспеченный хлеб весит больше, чем тот же хлеб остывший. Почему?
3. Для чего, желая скорее высушить пол, на который пролита вода» ее растирают по полу?
4. Когда, купаясь в жаркий день, вы входите в воду, она кажется холоднее воздуха, а когда выходите, то наоборот. Почему?
5. Пробирка наполнена водой и открытым концом опущена в стакан с водой (см. рисунок). Изменится ли уровень воды в пробирке, если установку нагреть до температуры кипения воды?

   

6. Будет ли кипеть вода в стакане, плавающем в сосуде с кипящей водой?
7. Можно ли заставить воду кипеть без нагревания?
8. Люди научились обрабатывать бронзу раньше, чем железо. Чем это можно объяснить?
9. На рисунке показано, как изменяются со временем температуры металла и стекла. Который из графиков относится к металлу?

   

10. Почему пруды замерзают раньше рек?
11. Можно ли расплавить кусок свинца, лежащий в воде?
12. Кристаллизация вещества сопровождается выделением тепла, хотя температура затвердевающего вещества не понижается. За счет чего выделяется тепло?

Микроопыт

Повесьте на брусок льда два одинаковых груза: один на медной проволоке, другой — на капроновой леске того же диаметра. Что перережет лед быстрее? Почему?

Любопытно, что…

... существует лед, который обжег бы нам пальцы, если бы до него можно было дотронуться. Получают его под очень большим давлением, при котором вода переходит в твердое состояние при температуре значительно выше 0 °С.

... испаряться, минуя жидкое состояние могут и твердые тела. Наиболее известные примеры — испарение нафталина и йода, высыхание замерзшего белья.

... еще в 1754—55 годах шотландский химик Дж. Блэк открыл не только постоянство точки плавления льда, но и то, что термометр показывает одну и ту же температуру, несмотря на приток тепла, до тех пор, пока весь лед не растает. Отсюда Блэк пришел к понятию скрытой теплоты плавления, а позже установил и понятие скрытой теплоты парообразования.

Что читать в «Кванте»

1. «Об агрегатных состояниях вещества» — 1984, № 9, с. 20;
2. «Газ превращается в жидкость» — 1984, №11, с. 25;
3. «Может ли быть невозможное?» — 1985, № 4;
4. «Фазовые превращения» — 1985, № 7;
5. «Приглашение в парную» — 1985, № 8;
6. «Знакомьтесь: металлическое стекло» — 1986, № 11.

Ответы

1. Наличие пор в стенках сосуда приводит к увеличению свободной поверхности жидкости, и большее число высокоэнергичных молекул могут покинуть ее, тем самым «охлаждая» содержимое сосуда.
2. Хлеб черствеет, часть влаги испаряется, и вес хлеба уменьшается.
3. Увеличение свободной поверхности жидкости увеличивает скорость ее испарения.
4. Вода из-за большой теплоемкости прогревается медленнее воздуха, поэтому она холоднее. При выходе из воды капельки ее, оставшиеся на теле, испаряются, кожа охлаждается, и воздух кажется холоднее воды.
5. При кипении в пробирке будет насыщенный пар, вода в стакане и в пробирке будет на одном уровне.
6. Поскольку в обоих сосудах температура 100 °С, из внешнего сосуда во внутренний энергия передаваться не будет, и вода в стакане не закипит.
7. Можно, если понижать в сосуде с водой давление до давления насыщенного пара при данной температуре.
8. Температура плавления бронзы ниже, чем железа.
9. График I—I относится к стеклу, II—II — к металлу.
10. Движение воды в реке постоянно выносит со дна на ее поверхность более теплую воду.
11. Да, если вода нагревается в герметически закупоренном сосуде. В этом случае ее температура может достигнуть 374 °С, температура же плавления свинца 327 °С.
12. За счет потенциальной энергии взаимодействия молекул, убывающей при их перестройке в процессе кристаллизации.

Микроопыт

Медная проволока перережет лед быстрее. Одна из причин, обуславливающих это явление,— хорошая теплопроводность меди, обеспечивающая подвод тепла из окружающей среды к месту контакта лед — медь.