№№ заданий Пояснения Ответы Ключ Добавить инструкцию Критерии
Источник Раздел кодификатора ФИПИ
PDF-версия PDF-версия (вертикальная) PDF-версия (крупный шрифт) PDF-версия (с большим полем) Версия для копирования в MS Word
Задания
Задание 17 № 1317

Почему в описанном опыте груз подвешивают к тонкой проволоке, а не к широкой металлической ленте?


Свойства льда

Между давлением и точкой замерзания (плавления) воды наблюдается интересная зависимость (см. таблицу).

Давление, атмТемпература плавления льда, °CИзменение объёма при
кристализации, см3/моль
Давление, атмТемпература плавления льда, °CИзменение объёма при
кристализации, см3/моль
10,0−1,625280−10,01,73
610−5,0−1,835810−5,01,69
1970−20,0−2,37764010,01,52
2115−22,00,842000073,80,68

 

С повышением давления до 2200 атмосфер температура плавления падает: с увеличением давления на каждую атмосферу она понижается примерно на 0,0075 °С. При дальнейшем увеличении давления точка замерзания воды начинает расти: при давлении 20 670 атмосфер вода замерзает при 76 °С. В этом случае будет наблюдаться горячий лёд.

При нормальном атмосферном давлении объём воды при замерзании внезапно возрастает примерно на 11%. В замкнутом пространстве такой процесс приводит к возникновению громадного избыточного давления до 2500 атм. Вода, замерзая, разрывает горные породы, дробит многотонные глыбы.

В XIX веке было обнаружено явление режеляции льда, которое можно продемонстрировать на опыте. Поставим на два столбика прямоугольный ледяной брусок. Перекинем через него тонкую стальную проволоку (диаметром 0,1 мм) и подвесим на ней груз массой 3 кг (см. рис. а). Все это оставим на лёгком морозе. Важно, чтобы температура на улице была лишь немногим ниже нуля. Примерно через сутки мы обнаружим, что проволока и гиря лежат на земле, а на столбиках стоит наш ледяной брусок, целый и невредимый. Если бы мы в течение опыта выходили на улицу, то увидели бы, как постепенно проволока опускается, как бы разрезая ледяной брусок (см. рис. б, в, г), никакого разреза не остаётся – выше проволоки брусок оказывается монолитным.

Долгое время думали, что лёд под лезвиями коньков тает потому, что испытывает сильное давление, температура плавления льда понижается и лёд плавится. Однако расчёты показывают, что под коньками температура плавления льда уменьшается примерно на 0,1 °С, что явно недостаточно для катания, например, при –10 °С.

1
Задание 16 № 1316

При каком внешнем давлении наблюдается минимальная температура плавления льда?


2
Задание 18 № 1318

Получится ли описанный в тексте опыт по режеляции льда, если его проводить при температуре –20 °С? Ответ поясните.


3
Задание 17 № 1335

Что нужно изменить в опыте по «разрезанию» льда, чтобы провести его при более низкой температуре?

Решение.

Режеляция — явление смерзания ледяных кристаллов и отдельных массивов льда в местах их соприкосновения, находящихся в условиях повышенных давлений. В результате повышенного давления в начале процесса режеляции происходит плавление кристаллов льда и перемещение образующейся воды в места меньшим давлением, где она вновь замерзает, спаивая в единый массив отдельные кристаллы или куски льда. В описанном опыте использовали тонкую проволоку, а не широкую металлическую ленту, чтобы уменьшить площадь соприкосновения и тем самым приложить большее давление.