Задачи по теме "Агрегатные состояния и фазовые переходы" в Основном государственном экзамене по физике

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ «АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ И ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ» В ОСНОВНОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ ЭКЗАМЕНЕ ПО ФИЗИКЕ

Валитова С.Н.

Аннотация

Данная статья посвящена изучению задач по теме «Агрегатные состояния и фазовые переходы» в Основном государственном экзамене по физике. Имеется три основных состояния вещества, а именно жидкость, газ и твердое состояние, а также их переходы. В статье представлены определения и характеристики каждого из этих состояний, а также объяснены фазовые диаграммы, которые визуально демонстрируют эти переходы.

Ключевые слова: агрегатное состояние, фазовый переход, физика, газ, жидкость.

Annotation

This article is devoted to the study of problems on the topic "Aggregate states and phase transitions" in the Basic State Examination in Physics. There are three basic states of matter, namely liquid, gas, and solid, and their transitions. The article presents the definitions and characteristics of each of these states, as well as explains the phase diagrams that visually demonstrate these transitions.

Key words: state of aggregation, phase transition, physics, gas, liquid.

Основная часть

В зависимости от определенных условий одно и то же вещество может находиться в различных состояниях: твердом, жидком или газообразном. Эти состояния вещества называются агрегатными. Твердые тела, в свою очередь, могут быть аморфными или кристаллическими. Интересно, что некоторые вещества способны образовывать несколько различных кристаллических модификаций. Эти модификации различаются на микроскопическом уровне, имея свою специфическую структуру и расположение молекул в кристаллической решетке. Кроме того, они также отличаются на макроскопическом уровне по форме и относительному расположению граней кристалла. Алмаз и графит являются примерами такой множественности, представляя два различных вида кристаллической решетки одного и того же вещества - углерода.

Для более точного отражения состояния вещества введено понятие фазы, которая охватывает способность вещества отвердевать и образовывать различные кристаллические структуры. Это понятие более точно отражает состояние вещества, чем простое агрегатное состояние.

Фазой наименуется стабильное положение материи, обладающее уникальным набором физических свойств, отличных от аналогичных состояний этого же вещества.

Переходы между различными фазами вещества, включая агрегатные состояния, условно определяются давлением и температурой.

На рисунке приведена схема, на которой показаны переходы между агрегатными состояниями с указанием их названий. Стоит отметить, что для прямого перехода из твёрдого состояния в газообразное (без образования жидкости) существует русскоязычное название - возгонка. Кроме того, имеется более общее название для перехода из жидкости в твёрдое состояние - отвердевание. Понятие «отвердевание» обозначает не только кристаллизацию, которая представлена на рисунке, но и превращение жидкостей в твёрдое аморфное состояние.

Аморфное состояние вещества характеризуется отсутствием упорядоченной кристаллической решётки на микроскопическом уровне и близкой структурой к жидкой на макроскопическом уровне. Аморфные тела не имеют чёткой температуры плавления и отвердевания - по мере снижения температуры они постепенно превращаются в менее текучие жидкости и, в конце концов, становятся почти неотличимыми от твёрдых тел.

Для обозначения переходов между различными кристаллическими фазами одного и того же вещества не используется специальное название, а они определяются как фазовые переходы, подобно переходам между агрегатными состояниями. Фазовые переходы, включая переходы между различными твёрдыми фазами, обычно сопровождаются изменениями во многих свойствах вещества, таких как механические, тепловые, электрические, магнитные, оптические свойства.

Далее рассмотрим решение задач ОГЭ на тему Агрегатные состояния и фазовые переходы.

Задача 1. В кабинет физики принесли ватку, смоченную духами, и сосуд, в который налили раствор медного купороса (раствор голубого цвета), а поверх осторожно налили воду. Было замечено, что запах духов распространился по объему всего кабинета за несколько минут, тогда как граница между двумя жидкостями в сосуде исчезла только через две недели.

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведенных экспериментальных наблюдений. Укажите их номера. вещество переход задача физика

1) Процесс диффузии можно наблюдать в газах и жидкостях.

2) Скорость диффузии зависит от температуры вещества.

3) Скорость диффузии зависит от агрегатного состояния вещества.

4) Скорость диффузии зависит от рода жидкостей.

5) В твердых телах скорость диффузии наименьшая.

Решение.

1) Опыт с ваткой указывает, что процесс диффузии можно наблюдать в газах. Второй опыт указывает, что процесс диффузии можно наблюдать в жидкостях.

2) Исходя из данных опытов, нельзя ничего утверждать о зависимости скорости диффузии от температуры вещества.

3) Из данных опытов ясно, что диффузия в газах происходит быстрее, чем в жидкостях, то есть скорость диффузии зависит от агрегатного состояния вещества.

4) Из данных опытов нельзя ничего утверждать о зависимости скорости диффузии от рода жидкостей.

5) Исходя из данных опытов нельзя ничего утверждать о скорости диффузии в твердых телах.

Ответ: 1,3.

Задача 2. На рисунке приведены фазовые диаграммы для трех различных веществ. У какого из веществ выше температура тройной точки? Масштабы на всех графиках одинаковые.

Рисунок 1 Фазовые диаграммы веществ

1) у первого

2) у второго

3) у третьего

4) у всех трех веществ одинаковая

Решение.

Температура тройной точки соответствует абсциссе точки, в которой сходятся все линии фазового перехода на диаграмме. Наибольшая температура тройной точки принадлежит графику 1.

Правильный ответ указан под номером 1.

Задача З. Один конец железной проволоки прикрепили к неподвижному штативу, а ко второму концу прикрепили груз и перекинули проволоку через неподвижный блок, в результате чего она оказалась натянутой горизонтально, получив возможность изменять свою длину. Через проволоку начали пропускать электрический ток, медленно нагревая ее до красного каления. При нагревании проволока светилась все ярче и, вследствие теплового расширения, медленно удлинялась. При температуре +917 °C произошел фазовый переход. Укажите, что произошло с яркостью свечения проволоки в момент фазового перехода -- она начала светиться более ярко или более тускло по сравнению с моментом, предшествующим фазовому переходу?

Ответ поясните.

Решение.

1. Яркость свечения уменьшилась.

2. Наблюдаемый переход является фазовым переходом первого рода. Он происходит с поглощением теплоты. Эта теплота в момент фазового перехода отбирается от проволоки, в результате чего ее температура падает и яркость свечения уменьшается.

Задача 4. Вода находится в твердом состоянии при температуре -20 °C и давлении выше, чем давление в тройной точке. Можно ли при этом давлении, нагревая лед, перевести его сразу в газообразное состояние, минуя жидкую фазу? Ответ поясните при помощи фазовой диаграммы.

Решение.

Ответ: нет, нельзя.

Объяснение: процесс нагревая льда при постоянном давлении изображается на фазовой диаграмме горизонтальным отрезком, направленным из области I вправо. Из фазовой диаграммы следует, что при давлении выше, чем давление в тройной точке, этот отрезок пересечет кривую ОС, и его конечная точка будет лежать в области III, которая соответствует жидкой фазе.

Таким образом, термодинамика изучает свойства и поведение вещества при изменении температуры и давления. В рамках этой науки мы иссл едовали основные агрегатные состояния - жидкость, газ и твердое состояние. Мы изучили их свойства, переходы между ними и фазовые диаграммы. Термодинамика является важной областью науки, которая находит применение в различных сферах, от физики и химии до инженерии и медицины.

Список литературы

1. Белоконь, Н.И. Основные принципы термодинамики / Н.И. Белоконь. Москва: СИНТЕГ, 2020. 110 с.

2. Михайлов, В. К. Основы физики. Часть 3. Волны. Учебное пособие / В.К. Михайлов, И.Г. Бобкова, С.Р. Валаева. М.: МГСУ, 2022. 128 с.

3. Калашников, Н. П. Физика. Интернет-тестирование базовых знаний: учебное пособие / Н. П. Калашников, Н. М. Кожевников. Санкт-Петербург: Лань, 2022. 160 с. ISBN 978-5-8114-0925-9. Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. URL: https://e.lanbook.com/book/210263

Размещено на Allbest.ru