Реши задания с 1-4 и объясни понятными словами, без всяких заковырок

Коротко:

1. Нет, лёд таять не будет.
2. Да, лёд обладает внутренней энергией. Нет, внутренняя энергия воды и льда не одинакова: у воды при \(0^\circ\text{C}\) она больше.
3. Да, вся вода замёрзнет.
4. Больше энергии нужно для алюминиевой детали — примерно в \(4{,}6\) раза.

Разбор по заданиям

1. Лёд в подвале при \(0^\circ\text{C}\) Чтобы лёд таял, ему нужно передать теплоту. Воздух в подвале имеет температуру \(0^\circ\text{C}\), и лёд тоже рано или поздно нагреется до \(0^\circ\text{C}\). При одинаковой температуре теплообмен уже не идёт, поэтому плавление не начнётся. Если лёд принесли с мороза, он только нагреется до \(0^\circ\text{C}\), но не растает.

2. Внутренняя энергия воды и льда Внутренняя энергия — это энергия движения и взаимодействия молекул. У льда молекулы колеблются около своих мест, значит, внутренняя энергия у льда есть.

Но у воды и льда при \(0^\circ\text{C}\) внутренняя энергия неодинакова. При плавлении льда при \(0^\circ\text{C}\) он поглощает теплоту \(\lambda m\), которая идёт на разрушение кристаллической решётки. Температура при этом не меняется, а внутренняя энергия растёт. Поэтому у воды той же массы при \(0^\circ\text{C}\) внутренняя энергия больше, чем у льда.

3. Замёрзнет ли вся вода? Для превращения воды массой \(100\) г при \(0^\circ\text{C}\) в лёд нужно отнять теплоту: \[ Q=\lambda m. \] Для льда \(\lambda \approx 3{,}4\cdot10^5\) Дж/кг, \(m=0{,}1\) кг: \[ Q=3{,}4\cdot10^5\cdot0{,}1=3{,}4\cdot10^4\ \text{Дж}=34\ \text{кДж}. \] Вода отдаёт \(35\) кДж, а для замерзания всей воды нужно \(34\) кДж. Значит, вся вода успеет замёрзнуть, и ещё останется \(1\) кДж. Этот остаток пойдёт на охлаждение образовавшегося льда ниже \(0^\circ\text{C}\), если окружающая среда холоднее.

Ответ: да, вся вода замёрзнет.

4. Алюминий или сталь? Детали уже нагреты до температур плавления, поэтому энергию на нагрев считать не нужно. Считаем только теплоту плавления: \[ Q=\lambda m. \] Массы одинаковые, по \(1\) кг, поэтому \(Q\) численно равно \(\lambda\). По таблице: \[ \lambda_{\text{ал}}=390\ \text{кДж/кг},\qquad \lambda_{\text{ст}}=84\ \text{кДж/кг}. \] Тогда: \[ Q_{\text{ал}}=390\ \text{кДж},\qquad Q_{\text{ст}}=84\ \text{кДж}. \] Больше энергии нужно для алюминиевой детали: \[ \frac{Q_{\text{ал}}}{Q_{\text{ст}}} =\frac{390}{84}\approx4{,}6. \]

Ответ: для алюминиевой детали, примерно в \(4{,}6\) раза больше.

Что запомнить: при плавлении и кристаллизации температура не меняется, но внутренняя энергия меняется. Количество теплоты считается по формуле \(Q=\lambda m\). Теплообмен идёт только тогда, когда температуры тел разные.