Описание:

Этот опыт демонстрирует высокую удельную теплоту плавления льда. Кажется, что раскаленный докрасна шарик при температуре 500 градусов (от которого даже деревянный пол загорелся, когда мы его случайно уронили) должен за считанные секунды проплавить лед насквозь. Однако лед легко остужает раскаленное железо, поглощая огромное количество энергии, и не дает шарику пройти насквозь.

Это свойства воды (как в твердом, так и в жидком состоянии) поглощать огромное количество теплоты и при этом сильно не нагреваться, позволяет нам выживать на нашей планете. И контролирует погоду на Земле (таяние ледников может значительно понизить среднюю мировую температуру).

У воды самая высокая в мире минералов удельная теплота плавления. На плавления 1 кг льда нужно затратить большое количество теплоты – 330 000 Джоулей энергии. Для сравнения, чтобы расплавить 1 кг железа нужно всего 277 000 Дж энергии, меди – 213 000 Дж, свинца – 25 000Дж…

Вывод: лед требует больше энергии для своего плавления, чем металлы, т.е. лед сложнее расплавить (дольше плавить). Вот почему весеннее таяние льда происходит медленно и спасает нас от больших половодий (хоть и не всегда).

Также этот опыт показывает, что количество теплоты, которое запасает тело при нагревании зависит также от массы тела. Чем массивнее шарик, тем больше энергии он сможет принять и затем передать другому телу.

Стальные шарики, нагретые до одинаковой температуры, накопили разное количество энергии и расплавили разное количество льда. Сколько льда расплавится и на какую глубину погрузится шарик можно рассчитать, зная формулы 8 класса темы «Тепловые явления».

Предлагаем Вам попытаться решить такую задачу или рассмотреть уже готовое решение.

Задача. Стальной шарик (ρ = 7800 кг/м³) радиусом R = 5 см, нагретый до температуры t₁ = 500 ˚С, положили на лед, температура которого t₂ = 0 ˚С. На какую глубину погрузится шарик в лед? Теплопроводностью шарика и нагреванием воды пренебречь. Считать, что шарик погрузился в лед полностью. Удельная теплоемкость стали 460 Дж/кг×˚С, удельная теплота плавления льда 3,3×10⁵ Дж/кг, плотность льда 900 кг/м³.

Решение