1. В воду с температурой 0⁰ опустили лед этой же температуры. Растает лед или замерзнет вода?
2. Весной в местах, где снег тает, температура воздуха выше, чем в бесснежных местах. А осенью вблизи озер и рек, которые замерзают, температура падает медленнее, чем в местах, где нет водоемов. Почему?
3. На какую величину и как изменится внутренняя энергия алюминия массой 1 кг, нагретого до температуры плавления, после полного расплавления?

1. В воду с температурой 0 °C опустили лёд такой же температуры. Растает лёд или замёрзнет вода?

При нормальном атмосферном давлении температура 0 °C является температурой плавления льда и одновременно температурой замерзания воды. Поэтому вода и лёд находятся в состоянии теплового равновесия.

Если система теплоизолирована и извне тепло не поступает и не отводится, то заметных изменений не произойдёт: лёд не будет полностью таять, а вода не будет замерзать. Лёд и вода могут сосуществовать при температуре 0 °C.

Направление процесса определяется теплообменом с окружающей средой:

• если к системе поступает тепло, часть льда растает;

• если система отдаёт тепло, часть воды замёрзнет.

Во время плавления или замерзания температура смеси остаётся равной примерно 0 °C, поскольку получаемая или отдаваемая энергия расходуется на изменение агрегатного состояния, а не на изменение температуры.

2. Почему весной температура воздуха возле тающего снега отличается от температуры в бесснежных местах, а осенью возле замерзающих водоёмов температура падает медленнее?

В первой части вопроса, вероятно, допущена неточность: возле тающего снега температура воздуха обычно ниже, чем в бесснежных местах.

Для плавления снега необходимо большое количество теплоты. Снег получает эту энергию от солнечного излучения, воздуха и окружающей поверхности. Пока снег тает, значительная часть поступающего тепла расходуется на разрушение кристаллической структуры льда, а не на нагревание воздуха и земли. Поэтому заснеженные участки прогреваются медленнее.

На бесснежных участках солнечная энергия сразу нагревает почву. Нагретая почва затем передаёт тепло воздуху, поэтому там температура повышается быстрее.

Осенью при замерзании рек и озёр происходит обратный процесс. Вода превращается в лёд и выделяет скрытую теплоту кристаллизации. Эта теплота передаётся окружающему воздуху и замедляет его охлаждение. Кроме того, водоёмы обладают большой теплоёмкостью и за лето накапливают значительное количество энергии, которую постепенно отдают осенью.

Таким образом:

• весной тающий снег поглощает тепло и замедляет потепление;

• осенью замерзающая вода выделяет тепло и замедляет похолодание.

3. Как изменится внутренняя энергия 1 кг алюминия, нагретого до температуры плавления, после полного расплавления?

Алюминий уже нагрет до температуры плавления, поэтому при его плавлении температура не изменяется. Подводимая энергия расходуется на разрушение кристаллической решётки и переход вещества из твёрдого состояния в жидкое.

Изменение внутренней энергии определяется по формуле:

где:

— удельная теплота плавления алюминия,

Тогда:

Следовательно, внутренняя энергия алюминия увеличится на

или примерно на