Kezdőlap


Feladat:	3574. fizika feladat	Korcsoport: -	Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):	Bagócsi Szilvia
Füzet:	2003/október, 439 - 440. oldal		PDF \| MathML
Témakör(ök):	Nemegyensúlyi folyamatok, Feladat
Hivatkozás(ok):	Feladatok: 2002/december: 3574. fizika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Megoldás. Gondoljuk végig először, hogy mi a túlhűtés! A folyadékok (így a víz is) fagyáspontja alá hűthető, ha nyugalomban van, nincsenek benne kristályosodási gócoknak tekinthető szilárd szennyeződések, és nem érintkezik anyagának szilárd fázisával. Ez a jelenség a túlhűtés. Ha azonban a túlhűtött vizet megrázzuk, vagy egy kis jégdarabot dobunk bele, a fagyás hirtelen megindul. Már egy kevés víz megfagyása során annyi hő szabadul fel, amennyi az összes túlhűtött vizet $0^{\circ}$ C-ra melegíti, tehát víz‐jég keverék keletkezik. Mindez anélkül megy végbe, hogy a környezet hőt adna vagy hőt vonna el a rendszertől. Ha azt akarjuk elérni, hogy az összes víz megfagyjon, sőt, a keletkező jég $0^{\circ}$ C-nál hidegebb legyen, akkor hőt kell elvonnunk a rendszertől. A folyamat során a környezet által közölt összes hőt három tag összegeként írhatjuk fel:

(i)	Ha az $m$ tömegű, $- Δ T$ hőmérsékletű túlhűtött vizet óvatosan felmelegítenénk $0^{\circ}$ C-ra, $Q_{1} = m c_{v} Δ T$ hőt kellene közölnünk vele ( $c_{v}$ a víz fajhője).

(ii)	A jég megfagyásakor felszabaduló hő $Q_{2} = m \cdot L$ ( $L$ a víz fagyáshője), ezt a hőt el kell vonnunk a rendszertől.

(iii)

Végül a jég lehűtésekor további

Q_{3} = m c_{j} Δ T

hőt kell elvonnunk a rendszertől (

c_{j}

a jég fajhője).

A fenti három folyamat nem feltétlenül a leírt sorrendben, hanem részben vagy teljesen összemosódva, egyszerre is végbemehet, de az összes hőközlés szempontjából ez lényegtelen, az átadott összenergia csak a kezdeti állapot és a végállapot energiájától függ, nagysága

\begin{matrix} Q = Q_{1} - Q_{2} - Q_{3} = m (c_{v} Δ T - L - c_{j} Δ T) . \end{matrix}

A megadott számértékek és táblázati adatok felhasználásával

\begin{matrix} Q = 2 (4, 2 \cdot 5 - 334 - 2, 1 \cdot 5) kJ = - 647 kJ, \end{matrix}

tehát ennyi hő elvonásával mehet végbe a kérdéses folyamat.

() Bagócsi Szilvia (Révkomárom, Selye J. Gimn., 11. o.t.)