На рисунке 108 приведён график охлаждения и кристаллизации алюминия. Каким процессам соответствуют отдельные участки графика? Сколько времени длилось наблюдение? Как изменяется внутренняя энергия алюминия на участках АВ, ВС и СD?
рис. 108
АВ − охлаждение алюминия;
ВС − кристаллизация алюминия.
CD − охлаждение алюминия.
Наблюдение длилось 16 минут.
На участке АВ внутренняя энергия алюминия уменьшается за счёт уменьшения средней кинетической энергии его молекул.
На участке ВС внутренняя энергия алюминия уменьшается за счёт уменьшения потенциальной энергии взаимодействия его молекул.
На участке СD внутренняя энергия алюминия уменьшается за счёт уменьшения средней кинетической энергии его молекул.
Для анализа процессов, происходящих с алюминием на графике охлаждения и кристаллизации, необходимо учитывать основные физические закономерности изменения температуры и фазовых переходов вещества.
Температура и нагревание/охлаждение:
Температура вещества характеризует степень его теплового движения частиц, таких как атомы или молекулы. При охлаждении вещества его внутренняя энергия уменьшается, так как скорость движения частиц становится меньше.
Фазовые переходы:
Вещества могут изменять своё агрегатное состояние при определённых условиях. Переход из жидкого состояния в твёрдое называется кристаллизацией. Во время этого процесса температура вещества остаётся постоянной, несмотря на то, что оно продолжает отдавать тепло. Это связано с выделением скрытой теплоты кристаллизации.
Внутренняя энергия:
Внутренняя энергия состоит из кинетической энергии движения частиц и потенциальной энергии их взаимодействия. Уменьшение температуры означает снижение кинетической энергии, а фазовые переходы сопровождаются изменениями потенциальной энергии взаимодействия частиц.
Теперь рассмотрим отдельные участки графика:
Участок AB:
На этом участке температура алюминия равномерно снижается от высокой начальной температуры до температуры 660 °C, которая соответствует температуре начала кристаллизации. Это процесс охлаждения жидкого алюминия. Внутренняя энергия вещества уменьшается за счёт снижения кинетической энергии частиц.
Участок BC:
Здесь температура остаётся постоянной на уровне 660 °C. Это означает, что происходит фазовый переход — кристаллизация алюминия. При кристаллизации выделяется скрытая теплота, которая расходуется на преобразование структуры вещества из жидкой в твёрдую. Внутренняя энергия алюминия уменьшается за счёт изменения потенциальной энергии взаимодействия частиц, но кинетическая энергия не изменяется, так как температура остаётся постоянной.
Участок CD:
После завершения кристаллизации температура алюминия начинает снова снижаться, указывая на процесс охлаждения уже твёрдого вещества. Внутренняя энергия алюминия продолжает уменьшаться, главным образом за счёт снижения кинетической энергии частиц.
Время наблюдения можно определить по общей длине графика. Оно соответствует сумме времён прохождения алюминием каждого участка: от начального момента до конца участка CD. Для определения времени можно использовать значения на горизонтальной оси (ось времени).
Таким образом, график охлаждения и кристаллизации алюминия позволяет проанализировать динамику изменения температуры и внутренней энергии вещества в процессе перехода из жидкого состояния в твёрдое.
Пожауйста, оцените решение
