При теплопередачі змінюється внутрішня енергія тіла. Найчастіше це виявляється у зміні його температури. При цьому агрегатний стан речовини залишається тим самим. Проте є процеси, у яких внутрішня енергія речовини при отриманні теплоти збільшується, а температура залишається постійною. До таких процесів відносяться плавлення та кристалізація (затвердіння). Вивчимо ці процеси за допомогою досвіду. У склянку помістимо шматочки льоду з морозильної камери, охолоджені до температури, наприклад -10 °C. Вставимо в склянку термометр і почнемо нагрівати (рис. 49). Температура льоду збільшується. Він нагрівається. Внутрішня енергія льоду зростає за рахунок кінетичної енергії його молекул. Зміна температури речовини у склянці з часом зображуватимемо на графіку (рис. 50). Ділянка АВ відповідає нагріванню льоду від -10 до 0 °C. При подальшій передачі льоду теплоти температура залишається постійною, що дорівнює 0 °C (ділянка ВС). На що ж йде теплота, що отримується льодом? Спостереження показують, що кристалічний лід перетворюється на воду. Процес переходу речовини з твердого стану рідке називається плавленням. Отримана від плитки теплота, як і раніше, перетворюється на внутрішню енергію речовини, збільшуючи її. Це збільшення пов'язане із зміною потенційної енергії взаємодії частинок при руйнуванні кристала. Кінетична енергія не змінюється, оскільки температура постійна. Аналогічно йде процес плавлення інших кристалічних речовин: заліза, міді, сталі тощо. Температура, коли він речовина переходить з твердого стану в рідке, т.е.е. плавиться, називається температурою плавлення. Температура плавлення у різних кристалічних речовин неоднакова (табл. 3). Вона дуже висока у вольфраму і дуже низька у водню. Продовжимо досвід. Як тільки лід розплавиться, температура води в склянці почне зростати (ділянка CD, див. рис. 50). На всіх розглянутих ділянках теплота речовиною (льодом, водою) поглиналася. А тепер знімемо склянку з плитки, поставимо в морозильну камеру і періодично спостерігатимемо за показаннями термометра та станом речовини. Вода спочатку охолоджується до 0 ° C (ділянка DE). Її внутрішня енергія зменшується, теплота виділяється, причому потім йде процес кристалізації (ділянка ЕК), температура залишається постійною, її значення дорівнює 0 °C. Вода перетворюється на лід. Теплота виділяється, Ділянка КМ (див. рис. 50) відповідає охолодженню льоду до температури камери. Процес переходу речовини з рідкого стану в твердий називається кристалізацією. Зверніть увагу, що температура плавлення та температура кристалізації однакові. Наприклад, якщо олово плавиться при температурі 232 °C (див. табл. 3), то твердітиме воно при температурі 232 °C. Для допитливих: У таблиці 3 дано температури плавлення речовин при нормальному атмосферному тиску. І це невипадково. Більшість речовин зі збільшенням тиску температура плавлення збільшується. Але для льоду навпаки: при підвищенні тиску лід може плавитися, наприклад, при температурі -5 °C. Поняття «температура плавлення» та «температура кристалізації» застосовні не до всіх речовин.Зігрівши рукою шматок холодного твердого пластиліну, ми відчуємо поступове зменшення його твердості. Нагріваючи пластилін далі, можна перевести його в стан в'язкої рідини. Але ми не виявимо певної температури плавлення. Те саме відбувається при нагріванні скла: спостерігається безперервне зменшення його твердості (рис. 51) та збільшення плинності. Причина такої поведінки зазначених речовин (їх називають аморфними) у відсутності у їх будові впорядкованого розташування частинок. Поняття «температура плавлення» і «температура кристалізації» можна застосовувати лише до речовин, що мають кристалічну будову. Температуру плавлення доводиться враховувати під час створення побутової та промислової техніки. Спіралі лампочок, нагрівальних елементів (рис. 52) роблять із тугоплавких матеріалів. У літакобудуванні, ракетної та космічної промисловості використовують матеріали з високою температурою плавлення. Поясніть причину цього. Температуру плавлення одних речовин можна змінити, змішуючи з іншими. Так, додаючи кухонну сіль до льоду, можна отримати суміш із температурою плавлення -21 °C. Цю властивість активно використовують дорожні служби, посипаючи взимку вулиці сумішшю піску та солі. Головні висновки: Як визначити кількість теплоти, яке поглине тверде кристалічне тіло масою т, щоб перейти в рідкий стан, т. е. розплавитись? Ще раз звертаємо вашу увагу на те, що температура під час плавлення не змінюється (див. рис. 50, ділянка ВС), але теплота тілу повідомляється. Отже, вона йде на руйнування кристалічної упорядкованої структури речовини тіла. Фізична величина, чисельно рівна кількості теплоти, яку необхідно передати твердому тілу масою 1 кг при температурі плавлення для переходу в рідкий стан, називається питомою теплотою плавлення. Питома теплота плавлення позначається грецькою літерою (ламбда). Щоб розплавити тверде тіло масою 2 кг йому треба передати енергії (теплоти) Q в 2 рази більше. А якщо маса тіла дорівнює m? Очевидно, для переходу в рідкий стан тіло повинне отримати теплоти Q у m разів більше. е. З цієї формули випливає, що питома теплота плавлення визначається як У СІ одиницею питомої теплоти плавлення є 1 джоуль на кілограм
У різних речовин питома теплота плавлення неоднакова. У таблиці 3 наведено її значення для різних речовин. Як випливає з таблиці, для ртуті дорівнює 11 800 5 Це означає, що для переходу ртуті масою m = 1 кг, що має температуру t = -39 ° С, з твердого стану в рідкий їй треба передати Q = 11 800 Дж енергії. Найбільше теплоти для плавлення маси m = 1 кг потрібно льоду (рис. 54, а). Але при замерзанні за температури t = 0 °C стільки ж теплоти виділяє кожен кілограм води (рис. 54, б).
Головні висновки: У гарячу воду опустили температурою кубик льоду масою = 0,20 кг, що має температуру Остаточна температура води стала t = 20 °C. Визначте масу гарячої води. Втратами теплоти знехтувати. Складемо рівняння теплового балансу: Віддавала теплоту гаряча вода, охолоджуючись від температури до температури t: Лід отримував теплоту, за рахунок якої він нагрівся від перетворився на воду, потім отримана вода нагрілася від температури до температури t: При копіюванні будь-яких матеріалів із сайту evkova.org обов'язкове активне посилання на сайт www.evkova.org Сайт створений колективом викладачів на некомерційній основі для додаткової освіти молоді Сайт пишеться, підтримується та керується колективом викладачів Telegram та логотип telegram є товарними знаками корпорації Telegram FZ-LLC. Cайт носить інформаційний характер і за жодних умов не є публічною офертою, яка визначається положеннями статті 437 Цивільного кодексу РФ. Ганна Євкова не надає жодних послуг. Щоб розплавити тверде кристалічне тіло, його потрібно нагріти до певної температури. е. підвести тепло. Температура, за якої речовина плавиться, називається температурою плавлення речовини. Зворотний процес - перехід з рідкого стану в твердий - відбувається при зниженні температури. е. тепло відводиться. Перехід речовини з рідкого стану в твердий називається затвердінням, або кристалізацією. Температура, за якої речовина кристалізується, називається температурою кристалізації. Досвід показує, що будь-яка речовина кристалізується і плавиться за однієї і тієї ж температури. На рис. 2.9 представлений графік залежності температури кристалічного тіла (льоду) від часу нагрівання (від точки А до точки D) та часу охолодження (від точки D до точки До). На ньому горизонтальною осі відкладено час, а вертикальною — температура. З графіка видно, що спостереження за процесом почалося з моменту, коли температура льоду була -40 ° С, або, як заведено говорити, температура в початковий момент часу tпоч = -40 ° С (точка А на графіку). За подальшого нагрівання температура льоду зростає (на графіці це ділянка АВ). Збільшення температури відбувається до 0 ° С - температури плавлення льоду. При 0°С лід починає плавитися, яке температура перестає зростати. Протягом усього часу плавлення (тобто доки весь лід не розплавиться) температура льоду не змінюється, хоча пальник продовжує горіти і тепло, отже, підводиться. Процесу плавлення відповідає горизонтальна ділянка графіка НД.Тільки після того, як весь лід розплавиться і перетвориться на воду, температура знову починає підніматися (ділянка CD). Після того, як температура води сягне +40 °С, пальник гасять і воду починають охолоджувати. е. тепло відводять (для цього можна посудину з водою помістити в іншу, більшу посудину з льодом). Температура води починає знижуватись (ділянка DE). При досягненні температури 0 °С температура води перестає знижуватися, незважаючи на те, що тепло, як і раніше, відводиться. Це процес кристалізації води — утворення льоду (горизонтальний ділянку EF). Поки вся вода не перетвориться на кригу, температура не зміниться. Лише після цього починає зменшуватись температура льоду (ділянка FK). Вигляд розглянутого графіка пояснюється так. На ділянці АВ завдяки теплу, що підводиться, середня кінетична енергія молекул льоду збільшується, і температура його підвищується. На ділянці ВС вся енергія, одержувана вмістом колби, витрачається на руйнування кристалічних ґрат льоду: упорядковане просторове розташування його молекул змінюється невпорядкованим, змінюється відстань між молекулами, т.е. е. відбувається перебудова молекул таким чином, що речовина стає рідкою. Середня кінетична енергія молекул при цьому не змінюється, тому незмінною залишається температура. Подальше збільшення температури розплавленого льоду-води (на ділянці CD) означає збільшення кінетичної енергії молекул води внаслідок тепла, що підводиться пальником. При охолодженні води (ділянка DE) частина енергії відбирається, молекули води рухаються з меншими швидкостями, їх середня кінетична енергія падає — температура зменшується, вода охолоджується.При 0 ° С (горизонтальний ділянку EF) молекули починають шикуватися в певному порядку, утворюючи кристалічну решітку. Поки цей процес не завершиться, температура речовини не зміниться, незважаючи на тепло, що відводиться, а це означає, що при затвердінні рідина (вода) виділяє енергію. Це якраз та енергія, яку поглинув лід, перетворюючись на рідину (ділянка НД). Внутрішня енергія у рідини більша, ніж у твердого тіла. При плавленні (і кристалізації) внутрішня енергія тіла змінюється стрибком. Метали, що плавляться за температури вище 1650 °С, називають тугоплавкими (Титан, хром, молібден та ін). Найвища температура плавлення у вольфраму — близько 3400 °С. Тугоплавкі метали та їх сполуки використовують як жароміцні матеріали в літакобудуванні, ракетобудуванні та космічній техніці, атомній енергетиці. Наголосимо ще раз, що при плавленні речовина поглинає енергію. При кристалізації воно, навпаки, віддає їх у довкілля. Отримуючи певну кількість теплоти, що виділяється при кристалізації, нагрівається середовище. Це добре відомо багатьом птахам. Недарма їх можна помітити взимку в морозну погоду, що сидить на льоду, який покриває річки та озера. Через виділення енергії при утворенні льоду повітря над ним виявляється на кілька градусів теплішим, ніж у лісі на деревах, і птахи цим користуються. Плавлення аморфних речовин Наявність певної точки плавлення це важлива ознака кристалічних речовин. Саме за цією ознакою їх легко відрізнити від аморфних тіл, які також відносять до твердих тіл. До них, зокрема, належать шибки, дуже в'язкі смоли, пластмаси. Аморфні речовини (на відміну від кристалічних) не мають певної температури плавлення — вони не плавляться, а розм'якшуються. під дією власної тяжкості. У міру нагрівання густа в'язка маса набуває форми тієї судини, в якій Ця маса спочатку густа, як мед, потім — як сметана і нарешті стає майже такою ж малов'язкою рідиною, як вода. Причини цього лежать у корінному відмінності будови аморфних тіл від будови кристалічних. поступово все більшу і більшу свободу переміщення. розм'якшується поступово і не виявляє різкого переходу «тверде-рідке», характерного для переходу від розташування молекул у строгому порядку до безладного. Теплота плавлення Теплота плавлення – це кількість теплоти, яку необхідно повідомити речовину при постійному тиску та постійній температурі, що дорівнює температурі плавлення, щоб повністю перевести його з твердого кристалічного стану в рідкий. Теплота плавлення дорівнює тій кількості теплоти, що виділяється при кристалізації речовини з рідкого стану. При плавленні вся теплота, що підводиться до речовини, йде на збільшення потенційної енергії його молекул.Кінетична енергія не змінюється, оскільки плавлення йде за постійної температури. Вивчаючи на досвіді плавлення різних речовин однієї і тієї ж маси, можна помітити, що для перетворення їх на рідину потрібна різна кількість теплоти. Наприклад, щоб розплавити один кілограм льоду, потрібно витратити 332 Дж енергії, а щоб розплавити 1 кг свинцю — 25 кДж. Фізична величина, що показує, скільки теплоти необхідно повідомити кристалічному тілу масою 1 кг, щоб при температурі плавлення повністю перевести його в рідкий стан, називається питомою теплотою плавлення. Питому теплоту плавлення вимірюють у джоулях на кілограм (Дж/кг) і позначають грецькою літерою (лямбда). Питома теплота кристалізації дорівнює питомій теплоті плавлення, оскільки при кристалізації виділяється таку кількість теплоти, яке поглинається при плавленні. Так, наприклад, при замерзанні води масою 1 кг виділяються ті ж 332 Дж енергії, які потрібні для перетворення такої ж льоду у воду. Щоб знайти кількість теплоти, необхідну для плавлення кристалічного тіла довільної маси, або теплоту плавлення, Треба питому теплоту плавлення цього тіла помножити на його масу: Кількість теплоти, що виділяється тілом, вважається негативним. Тому при розрахунку кількості теплоти, що виділяється при кристалізації речовини масою т, слід користуватися тією ж формулою, але зі знаком «мінус»: Теплота згоряння Теплота згоряння (або теплотворна здатність, калорійність) - це кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні палива. Для нагрівання тіл часто використовують енергію, що виділяється під час згоряння палива.Звичайне паливо (вугілля, нафта, бензин) містить вуглець. При горінні атоми вуглецю з'єднуються з атомами кисню, що у повітрі, у результаті утворюються молекули вуглекислого газу. Кінетична енергія цих молекул виявляється більшою, ніж у вихідних частинок. Збільшення кінетичної енергії молекул у процесі горіння називають виділенням енергії. Енергія, що виділяється при повному згорянні палива, є теплота згоряння цього палива. Теплота згоряння палива залежить від виду палива та його маси. Чим більша маса палива, тим більша кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні. Фізична величина, що показує, скільки теплоти виділяється при повному згорянні палива масою 1 кг, називається питомою теплотою згоряння палива. Питому теплоту згоряння позначають буквою q та вимірюють у джоулях на кілограм (Дж/кг). Кількість теплоти Q, що виділяється при згорянні т кг палива, визначають за формулою: Щоб знайти кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні палива довільної маси, потрібно питому теплоту згоряння палива помножити на його масу. Бібліотека освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та їхніх батьків. Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми лише конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет, які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви володієте авторським правом на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його або отримати посилання на місце комерційного розміщення матеріалів, зверніться для погодження до адміністратора сайту. Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми витратили багато зусиль, щоб привести інформацію у зручний вигляд. © 2014-2024 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А. У цьому відеоуроці ми говоритимемо про процеси плавлення та кристалізації. Згадаймо, що таке температура плавлення і чим вона відрізняється від температури кристалізації. З'ясуємо, від чого залежить кількість теплоти, яка потрібна для переходу твердого тіла в рідкий стан. А також поговоримо про питому теплоту плавлення. Щоб отримати доступ до цього та інших відеоуроків комплекту, потрібно додати його до особистого кабінету. На минулих заняттях ми з вами говорили, що при теплопередачі змінюється внутрішня енергія тіла. І найчастіше це пов'язано із зміною його температури. Але при цьому агрегатний стан речовини залишається тим самим. Проте існують процеси, у яких внутрішня енергія речовини під час отримання теплоти збільшується, а температура залишається постійної. До таких процесів відносяться плавлення та кристалізація (затвердіння). Згадаймо, що то за процеси. Для цього візьмемо якусь склянку, всередину якої покладемо трохи подрібненого льоду, температура якого становить -12 С. Вставимо в склянку термометр і почнемо нагрівати на плитці. При цьому слідкуватимемо за зміною температури льоду та процесами, які з ним відбуваються. Як бачимо, деякий час лід залишається у твердому стані, хоча його температура поступово підвищується.Як тільки температура досягає 0 ° С, лід починає перетворюватися на воду, тобто плавиться. Але, зверніть увагу, температура суміші води та льоду залишається незмінною – нуль градусів. На що ж йде теплота, що отримується льодом? Правильно, збільшення внутрішньої енергії речовини. Це збільшення пов'язане із зміною потенційної енергії взаємодії частинок при руйнуванні кристала. Кінетична ж енергія не змінюється, оскільки температура залишається незмінною. І вона не змінюється, поки весь лід не перейде у рідкий стан. І тільки після цього температура води, що утворилася з льоду, починає підвищуватися. Таким чином ми з вами спостерігали перехід льоду з твердого стану в рідкий. Такий перехід речовини називають плавленням. Процес плавлення будь-яких кристалічних тіл протікає аналогічно до розглянутого процесу плавлення льоду. Тобто, щоб розплавити тверде кристалічне тіло, необхідно нагріти його до температури плавлення і надалі повідомляти йому енергію доти, доки все воно не перетвориться на рідину. Виняток становлять ті речовини, які змінюють свій хімічний склад або одразу перетворюються на газ. Температура, при якій речовина переходить із твердого стану в рідкий, тобто плавиться, називається температурою плавлення. Звичайно ж температура плавлення у різних кристалічних речовин неоднакова. З таблиці видно, що найнижчу температуру плавлення (за нормального атмосферного тиску) має хімічний елемент водень. Його температура плавлення дорівнює –259,2 °С. А найвищу (рекордну) температуру плавлення має таку хімічну сполуку, як карбонітрид гафнію — близько 4200 °С. Температуру плавлення доводиться враховувати під час створення побутової та промислової техніки. Так, наприклад, спіралі звичайних лампочок та нагрівальних елементів роблять із тугоплавких матеріалів. А в літакобудуванні, ракетній та космічній промисловості використовують матеріали з дуже високою температурою плавлення. Температуру плавлення деяких речовин можна змінити, змішуючи з іншими речовинами. Наприклад, якщо додати кухонну сіль у лід, можна отримати суміш з температурою плавлення −21 °C. Цю властивість активно використовують дорожні служби, посипаючи взимку вулиці піщано-соляною сумішшю. Але повернемося до нашого досвіду. Давайте помістимо склянку разом з водою, що знаходиться в ній, в морозильну камеру і простежимо за зміною температури. Легко помітити, що спочатку вода охолоджується до нуля градусів, віддаючи при цьому деяку кількість теплоти навколишньому повітрі. Причому ця кількість теплоти дорівнює тій кількості теплоти, яку вода поглинала, нагріваючись до кінцевої температури. А от коли температура води стане рівною нулю, вона почне перетворюватися назад на лід. І, як і в минулому випадку, температура суміші не буде змінюватися доти, доки вся вода не перейде в кристалічний стан. Процес переходу речовини з рідкого стану в тверде називають кристалізацією або затвердінням. А температура, коли він тіло кристалізується, називається температурою кристалізації. І ця температура залишається незмінною під час процесу кристалізації. Як можна помітити з досвіду, для кристалічних тіл температура кристалізації дорівнює температурі плавлення. Наприклад, якщо свинець плавиться при температурі 327 °C, то твердітиме воно при цій же температурі. Процеси плавлення та кристалізації досить складні. Тому корисно вміти зображувати ці процеси на графіці. На ньому відображають усі етапи переходу речовини з одного агрегатного стану до іншого. Отже, на екрані ви бачите такий графік нашого досвіду. На ньому по осі абсцис відкладено час, а по осі вісь ординат - температура речовини, якою у нас виступає лід, що знаходиться в момент початку спостереження при негативній температурі. Зверніть увагу на те, що початок осі часу збігається з температурою плавлення речовини. Це зроблено для зручності побудови таких графіків. Отже, яку інформацію ми можемо отримати? По-перше, з графіка видно, що на момент початку спостереження за процесом температура льоду дорівнювала –12 °C. Потім протягом 4 хвилин лід отримує енергію, і його температура збільшується доти, доки стане рівної температурі плавлення. При цьому зверніть увагу на те, що речовина в точці У- це ще лід - лід, при температурі 0 °С. Тобто молекули повністю зберігають порядок, характерний для твердого тіла. Далі ми з вами бачимо, що протягом наступних 4 хвилин температура залишається постійною, про що свідчить горизонтальна ділянка графіка НД. Це ділянка плавлення. На ньому відбувається агрегатне перетворення льоду на воду. І вся енергія, яку одержує речовина при плавленні, витрачається на руйнування порядку розташування молекул льоду. У точці З лід повністю перетвориться на воду, що також має температуру 0 °С. Після цього температура знову почала збільшуватися, що відповідає ділянці графіка CD. При цьому рідина все ще продовжує отримувати енергію. Досягши позначки 15 ° С (точка D на графіку), воду перестали нагрівати. Наступна ділянка графіка - ділянка DE. На ньому ми бачимо, що вода почала остигати до нуля градусів. Отже, її внутрішня енергія зменшується та виділяється теплота. При цьому виділиться стільки ж теплоти, скільки рідина отримала на ділянці CD. Згадайте - тіло, при нагріванні або охолодженні на одне і те ж число градусів, отримує або віддає одну і ту ж кількість теплоти. Отже, у точці Е у нас вода при 0 °C. Далі, досягнувши температури кристалізації, вода почала перетворюватися на лід — ділянку графіка. EF. Це зайняло близько шести хвилин, протягом яких температура знову не змінювалася. При цьому відбувалося виділення такої ж кількості енергії, яку речовину поглинуло на ділянці НД. Виділення енергії пов'язане з відновленням порядку розташування молекул тіла. Причому зверніть увагу на те, що тільки в точці F вода повністю перетворилася на лід. І остання ділянка графіка відповідає охолодженню вже твердого тіла до початкової температури. Звичайно ж ви знаєте, що різні кристалічні речовини мають різну будову – різні кристалічні ґрати. Відповідно, щоб її зруйнувати при температурі плавлення, необхідно витратити різну енергію, тобто повідомити речовину різну кількість теплоти. Фізична величина, чисельно рівна кількості теплоти, яку необхідно передати твердому тілу масою один кілограм при температурі плавлення для переходу в рідину, називається питомою теплотою плавлення. Позначається питома теплота плавлення грецькою літерою лямбда. А одиниця її виміру - це джоуль на кілограм: Звичайно різні речовини мають різну питому теплоту плавлення, значення якої визначають експериментально.Також різні експерименти показали, що питома теплота плавлення дорівнює питомій теплоті кристалізації. У таблиці наведено значення питомої теплоти плавлення для різних речовин та їх температури плавлення. Наприклад, таблиці видно, що питома теплота плавлення льоду дорівнює 333 000 Дж/кг. Це означає, що з переходу 1 кг льоду, що має температуру 0 °З, з твердого стану в рідке він повинен поглинути 333 000 Дж теплоти. При зворотному переході стільки теплоти виділяє кожен кілограм льоду.Плавлення та кристалізація у фізиці - формули та визначення з прикладами
Таблиця 3. Температура плавлення та питома теплота плавлення деяких речовин (при нормальному атмосферному тиску)
Питома теплота плавлення та кристалізації
Велика питома теплота плавлення пояснює затяжне танення льоду озер, річок та інших водойм.Оскільки теплоту лід поглинає з довкілля, то погода у цей час, зазвичай, прохолодна. І навпаки, при замерзанні озер, річок та інших водойм (рис. 55) виділяється велика кількість енергії, що робить теплішою пізню осінню погоду, а клімат поблизу морів і океанів помірнішим.
Приклад розв'язання задачі
Дано:Плавлення та кристалізація - Молекулярна фізика - МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА. ТЕРМОДИНАМІКА
Плавлення та кристалізація
На даний момент ви не можете подивитися чи роздати відеоурок учням
Отримайте неймовірні можливості
Конспект уроку "Плавлення та кристалізація"