ما هي الحرارة النوعية لانصهار الجليد. الموضوع: "الذوبان والتبلور

في هذا الدرس ، سوف ندرس مفهوم "الحرارة النوعية للانصهار". تحدد هذه القيمة كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى 1 كجم من مادة ما عند نقطة الانصهار حتى تنتقل من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة (أو العكس).

سوف ندرس الصيغة لإيجاد كمية الحرارة المطلوبة لإذابة (أو إطلاق أثناء التبلور) مادة.

الموضوع: حالات المادة المجمعة

الدرس: الحرارة النوعية للانصهار

هذا الدرس مخصص للخاصية الرئيسية للذوبان (التبلور) للمادة - الحرارة النوعية للانصهار.

في الدرس الأخير ، تطرقنا إلى السؤال: كيف تتغير الطاقة الداخلية للجسم أثناء الذوبان؟

وجدنا أنه عندما يتم توفير الحرارة ، تزداد الطاقة الداخلية للجسم. في الوقت نفسه ، نعلم أن الطاقة الداخلية للجسم يمكن أن تتميز بمفهوم مثل درجة الحرارة. كما نعلم بالفعل ، أثناء الذوبان ، لا تتغير درجة الحرارة. لذلك ، قد ينشأ شك في أننا نتعامل مع مفارقة: الطاقة الداخلية تزداد ، لكن درجة الحرارة لا تتغير.

تفسير هذه الحقيقة بسيط للغاية: يتم إنفاق كل الطاقة على تدمير الشبكة البلورية. وبالمثل ، في العملية العكسية: أثناء التبلور ، يتم دمج جزيئات المادة في نظام واحد ، بينما يتم إطلاق الطاقة الزائدة وامتصاصها بواسطة البيئة الخارجية.

نتيجة للتجارب المختلفة ، كان من الممكن إثبات أن نفس المادة تتطلب كمية مختلفة من الحرارة لنقلها من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.

ثم تقرر مقارنة هذه الكميات من الحرارة بنفس كتلة المادة. أدى ذلك إلى ظهور خاصية مثل الحرارة النوعية للانصهار.

تعريف

الحرارة النوعية للانصهار- كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى 1 كجم من مادة مسخنة إلى درجة الانصهار لنقلها من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.

يتم تحرير نفس القيمة أثناء تبلور 1 كجم من المادة.

يشار إلى الحرارة النوعية للانصهار (الحرف اليوناني ، يُقرأ على أنه "لامدا" أو "لامدا").

الوحدات:. في هذه الحالة ، لا توجد درجة حرارة في البعد ، لأن درجة الحرارة لا تتغير أثناء الذوبان (التبلور).

لحساب كمية الحرارة المطلوبة لإذابة مادة ما ، يتم استخدام الصيغة:

كمية الحرارة (J) ؛

الحرارة النوعية للانصهار (التي يتم البحث عنها في الجدول ؛

كتلة المادة.

عندما يتبلور الجسم ، يكتب بعلامة "-" ، حيث يتم إطلاق الحرارة.

مثال على ذلك هو الحرارة النوعية لذوبان الجليد:

. أو الحرارة النوعية لانصهار الحديد:

.

لا ينبغي أن يكون مفاجئًا أن الحرارة النوعية لذوبان الجليد كانت أكبر من الحرارة النوعية لذوبان الحديد. تعتمد كمية الحرارة التي تحتاجها مادة معينة لتذوب على خصائص المادة ، على وجه الخصوص ، على طاقة الروابط بين جزيئات هذه المادة.

في هذا الدرس ، نظرنا في مفهوم الحرارة النوعية للانصهار.

في الدرس التالي ، سوف نتعلم كيفية حل مشاكل التسخين وذوبان الأجسام البلورية.

فهرس

1. Gendenshtein L.E.، Kaidalov AB، Kozhevnikov V.B. Physics 8 / Ed. Orlova V.A.، Roizena I.I. - M: Mnemosyne.
2. فيزياء 8. - م: بوستارد ، 2010.
3. Fadeeva A. A. A.، Zasov A. V.، Kiselev D.F Physics 8. - M.: Education.

1. الفيزياء والميكانيكا وغيرها ().
2. فيزياء رائعة ().
3. بوابة الإنترنت Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

الواجب المنزلي

الذوبان هو انتقال الجسم من الحالة الصلبة البلورية إلى الحالة السائلة. يحدث الانصهار بامتصاص الحرارة النوعية للانصهار وهو مرحلة انتقالية من الدرجة الأولى.

تشير القدرة على الذوبان إلى الخصائص الفيزيائية للمادة.

عند الضغط العادي ، يتمتع التنغستن بأعلى نقطة انصهار بين المعادن (3422 درجة مئوية) ، والمواد البسيطة بشكل عام - الكربون (وفقًا لمصادر مختلفة 3500-4500 درجة مئوية) وبين المواد التعسفية - كربيد الهافنيوم HfC (3890 درجة مئوية). يمكننا أن نفترض أن الهيليوم لديه أدنى نقطة انصهار: عند الضغط العادي ، يبقى سائلاً عند درجات حرارة منخفضة بشكل تعسفي.

العديد من المواد عند الضغط الطبيعي لا تحتوي على مرحلة سائلة. عند تسخينها ، تنتقل على الفور إلى الحالة الغازية عن طريق التسامي.

الشكل 9 - ذوبان الجليد

التبلور هو عملية انتقال طور للمادة من الحالة السائلة إلى الحالة البلورية الصلبة مع تكوين البلورات.

المرحلة هي جزء متجانس من نظام ديناميكي حراري مفصول عن أجزاء أخرى من النظام (مراحل أخرى) بواسطة واجهة ، عند المرور من خلالها يتغير التركيب الكيميائي وهيكل وخصائص مادة ما بشكل مفاجئ.

الشكل 10 - تبلور الماء مع تكوين الجليد

التبلور هو عملية فصل المرحلة الصلبة في شكل بلورات من المحاليل أو الذوبان ؛ في الصناعة الكيميائية ، تُستخدم عملية التبلور للحصول على المواد في شكل نقي.

يبدأ التبلور عند الوصول إلى حالة تقييد معينة ، على سبيل المثال ، التبريد الفائق للسائل أو التشبع الفائق للبخار ، عندما تظهر العديد من البلورات الصغيرة على الفور تقريبًا - مراكز التبلور. تنمو البلورات عن طريق ربط الذرات أو الجزيئات من سائل أو بخار. يحدث نمو الوجوه البلورية طبقة تلو الأخرى ، وتتحرك حواف الطبقات الذرية غير المكتملة (خطوات) على طول الوجه أثناء النمو. يؤدي اعتماد معدل النمو على ظروف التبلور إلى مجموعة متنوعة من أشكال النمو والتراكيب البلورية (متعددة السطوح ، الصفائحية ، الأوتار ، الهيكلية ، التغصنية والأشكال الأخرى ، هياكل القلم الرصاص ، إلخ). في عملية التبلور ، تنشأ حتمًا عيوب مختلفة.

يتأثر عدد مراكز التبلور ومعدل النمو بشكل كبير بدرجة التبريد الفائق.

درجة التبريد الفائق هي مستوى تبريد معدن سائل تحت درجة حرارة انتقاله إلى تعديل بلوري (صلب). من الضروري تعويض طاقة الحرارة الكامنة للتبلور. التبلور الأولي هو تكوين بلورات في المعادن (والسبائك) أثناء الانتقال من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.

الحرارة النوعية للانصهار (أيضًا: المحتوى الحراري للانصهار ؛ هناك أيضًا مفهوم مكافئ للحرارة النوعية للتبلور) هي كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى وحدة واحدة من كتلة مادة بلورية في عملية توازن متساوي الضغط متساوية الحرارة بالترتيب لنقلها من الحالة الصلبة (البلورية) إلى الحالة السائلة (حيث يتم إطلاق نفس الكمية من الحرارة أثناء تبلور مادة ما).

كمية الحرارة أثناء الذوبان أو التبلور: س = مل

التبخر والغليان. الحرارة النوعية للتبخير

التبخر هو عملية انتقال المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (البخار). عملية التبخر هي عكس عملية التكثيف (الانتقال من بخار إلى حالة سائلة. التبخر (التبخر) ، انتقال المادة من طور مكثف (صلب أو سائل) إلى طور غازي (بخار) ؛ طور من الدرجة الأولى انتقال.

هناك مفهوم أكثر تفصيلاً للتبخر في الفيزياء العليا

التبخر هو عملية تطير فيها الجزيئات (الجزيئات ، الذرات) (تنفجر) من سطح سائل أو صلب ، بينما Ek> Ep.

الشكل 11 - التبخر فوق كوب من الشاي

الحرارة النوعية للتبخر (التبخر) (L) هي كمية فيزيائية توضح كمية الحرارة التي يجب الإبلاغ عنها إلى 1 كجم من المادة المأخوذة عند نقطة الغليان من أجل نقلها من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية. يتم قياس الحرارة النوعية للتبخير بوحدة J / kg.

الغليان هو عملية التبخير في سائل (انتقال مادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية) ، مع ظهور حدود فصل الطور. عادةً ما تُعطى نقطة الغليان عند الضغط الجوي كواحدة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية الرئيسية لمادة نقية كيميائيًا.

الغليان هو مرحلة انتقالية من الدرجة الأولى. يحدث الغليان بشكل مكثف أكثر من التبخر من السطح ، بسبب تكوين بؤر التبخر ، بسبب كل من نقطة الغليان التي تم الوصول إليها ووجود الشوائب.

يمكن أن تتأثر عملية تكوين الفقاعات بالضغط والموجات الصوتية والتأين. على وجه الخصوص ، تعمل غرفة الفقاعة على مبدأ غليان الأحجام الدقيقة السائلة من التأين أثناء مرور الجسيمات المشحونة.

الشكل 12 - الماء المغلي

كمية الحرارة أثناء الغليان وتبخر السائل وتكثيف البخار: Q = mL

تسمى الطاقة التي يكتسبها أو يفقدها الجسم أثناء انتقال الحرارة مقدار الدفء.تعتمد كمية الحرارة على كتلة الجسم وعلى اختلاف درجة حرارة الجسم ونوع المادة.

[س] = J أو السعرات الحرارية

1 كالوريهي كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة 1 جرام من الماء بمقدار 1 درجة مئوية.

حرارة نوعية- كمية فيزيائية تساوي كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى جسم كتلته 1 كجم حتى تتغير درجة حرارته بمقدار 1 درجة مئوية.

[C] \ u003d J / كجم حوالي C

السعة الحرارية النوعية للماء هي 4200 J / kg o C. وهذا يعني أنه لتسخين 1 كجم من الماء بمقدار 1 درجة مئوية ، يجب استنفاد 4200 J من الحرارة.

تختلف السعة الحرارية النوعية لمادة ما في حالات التجميع المختلفة. وبالتالي ، فإن السعة الحرارية للثلج هي 2100 J / kg oC. السعة الحرارية النوعية للماء هي الأكبر. في هذا الصدد ، فإن الماء في البحار والمحيطات ، الذي يسخن في الصيف ، يمتص كمية كبيرة من الحرارة. في الشتاء ، يبرد الماء ويطلق كمية كبيرة من الحرارة. لذلك ، في المناطق القريبة من المسطحات المائية ، لا يكون الجو حارًا جدًا في الصيف وباردًا جدًا في الشتاء. نظرًا لقدرتها الحرارية العالية ، تستخدم المياه على نطاق واسع في الهندسة والحياة اليومية. على سبيل المثال ، في أنظمة التدفئة في المنازل ، عند تبريد الأجزاء أثناء معالجتها على الأدوات الآلية ، والطب (السخانات) ، وما إلى ذلك.

مع زيادة درجة حرارة المواد الصلبة والسوائل ، تزداد الطاقة الحركية لجزيئاتها: تبدأ في التذبذب بسرعة أعلى. عند درجة حرارة معينة ، وهي محددة تمامًا لمادة معينة ، لم تعد قوى التجاذب بين الجسيمات قادرة على إبقائها في عُقد الشبكة البلورية (يتحول الترتيب بعيد المدى إلى نطاق قصير المدى) ، وتبدأ البلورة في الذوبان ، أي. تبدأ المادة في التسييل.

ذوبان – عملية تغيير المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.

تصلب (تبلور)– عملية تغيير المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.

أثناء عملية الصهر ، تظل درجة حرارة البلورة ثابتة. هذه درجة الحرارة تسمى نقطة الانصهار. كل مادة لها نقطة انصهارها الخاصة. تجد وفقا للجدول.

إن ثبات درجة الحرارة أثناء الانصهار له أهمية عملية كبيرة ، لأنه يسمح بمعايرة موازين الحرارة ، وصنع الصمامات والمؤشرات التي تذوب عند درجة حرارة محددة بدقة. إن معرفة درجة انصهار المواد المختلفة أمر مهم أيضًا من وجهة نظر يومية بحتة: وإلا ، فمن يستطيع ضمان عدم ذوبان هذا القدر أو المقلاة على نار الموقد الغازي؟

نقطة الانصهار ودرجة حرارة التصلب التي تساويها هي سمة مميزة للمادة. يذوب الزئبق ويصلب عند درجة حرارة -39 درجة مئوية ، وبالتالي لا تستخدم موازين الحرارة الزئبقية في أقصى الشمال. بدلاً من موازين الحرارة الزئبقية في خطوط العرض هذه ، يتم استخدام موازين الحرارة الكحولية (-114 درجة مئوية). أكثر المعادن مقاومة للصهر هو التنجستن (3420 درجة مئوية).

يتم تحديد كمية الحرارة المطلوبة لإذابة مادة من خلال الصيغة:

حيث m كتلة المادة ، هي الحرارة النوعية للانصهار.

ي / كجم

الحرارة النوعية للانصهار -كمية الحرارة المطلوبة لإذابة 1 كجم من مادة ما عند نقطة انصهارها. كل مادة لها خاصتها. وجدت في الجدول.

نقطة انصهار المادة تعتمد على الضغط. بالنسبة للمواد التي يزيد حجمها عند الذوبان ، تؤدي زيادة الضغط إلى زيادة نقطة الانصهار والعكس صحيح. في الماء ، ينخفض ​​الحجم أثناء الذوبان ، وعندما يزداد الضغط ، يذوب الجليد عند درجة حرارة منخفضة.

رقم التذكرة 14

معلومات ذات صله:

1. سؤال »مقياس كمي غير جمركي لتقييد تصدير أو استيراد منتج بمقدار أو مبلغ معين لفترة زمنية معينة
2. هل تعرف كيف ترتبط كمية المادة في الذرة بحجم الذرة نفسها؟
3. ب. في أن يقوم الصيدلي بتسمية المكوّن الأول في الوصفة ، ويسمي الصيدلي من الذاكرة جميع المكونات التي تناولها وكميتها.

في الفقرة السابقة ، درسنا الرسم البياني لذوبان الجليد وتصلبه. يوضح الرسم البياني أنه أثناء ذوبان الجليد ، لا تتغير درجة حرارته (انظر الشكل 18). وفقط بعد ذوبان الجليد كله ، تبدأ درجة حرارة السائل الناتج في الارتفاع. لكن بعد كل شيء ، حتى أثناء عملية الذوبان ، يتلقى الجليد الطاقة من احتراق الوقود في المدفأة. ويترتب على قانون حفظ الطاقة أنه لا يمكن أن تختفي. ما هو استهلاك الطاقة للوقود أثناء الصهر؟

نعلم أنه في البلورات ، يتم ترتيب الجزيئات (أو الذرات) بترتيب صارم. ومع ذلك ، حتى في البلورات فهي في حركة حرارية (تتأرجح). عندما يسخن الجسم ، يزداد متوسط ​​سرعة الجزيئات. وبالتالي ، فإن متوسط ​​طاقتها الحركية ودرجة حرارتها يزدادان أيضًا. على الرسم البياني ، هذا هو القسم AB (انظر الشكل 18). نتيجة لذلك ، يزداد مدى اهتزازات الجزيئات (أو الذرات). عندما يتم تسخين الجسم إلى درجة حرارة الانصهار ، سيتم انتهاك ترتيب ترتيب الجزيئات في البلورات. تفقد البلورات شكلها. تذوب المادة وتتحول من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.

وبالتالي ، فإن كل الطاقة التي يتلقاها الجسم البلوري بعد تسخينه بالفعل إلى نقطة الانصهار تُنفق على تدمير البلورة. في هذا الصدد ، تتوقف درجة حرارة الجسم عن الارتفاع. على الرسم البياني (انظر الشكل 18) هذا هو قسم BC.

تظهر التجارب أنه من أجل تحويل مواد بلورية مختلفة من نفس الكتلة إلى سائل عند نقطة الانصهار ، يلزم توفر كمية مختلفة من الحرارة.

تسمى الكمية الفيزيائية التي توضح مقدار الحرارة التي يجب نقلها إلى جسم بلوري يزن 1 كجم من أجل نقله تمامًا إلى الحالة السائلة عند نقطة الانصهار بالحرارة النوعية للانصهار.

يتم الإشارة إلى الحرارة النوعية للانصهار بواسطة λ (الحرف اليوناني "lambda"). وحدتها 1 جول / كجم.

تحديد الحرارة النوعية للانصهار في التجربة. وهكذا ، وجد أن الحرارة النوعية لذوبان الجليد تساوي 3.4 10 5 -. هذا يعني أنه لتحويل قطعة من الثلج تزن 1 كجم ، عند درجة حرارة 0 درجة مئوية ، إلى ماء بنفس درجة الحرارة ، يلزم 3.4 10 5 J من الطاقة. ومن أجل إذابة قضيب من الرصاص وزنه 1 كجم ، مأخوذ عند نقطة انصهاره ، سوف يتطلب 2.5 10 4 J من الطاقة.

لذلك ، عند نقطة الانصهار ، تكون الطاقة الداخلية للمادة في الحالة السائلة أكبر من الطاقة الداخلية لنفس كتلة المادة في الحالة الصلبة.

لحساب كمية الحرارة Q المطلوبة لإذابة جسم بلوري كتلته m ، مأخوذة عند درجة حرارة الانصهار والضغط الجوي العادي ، يجب ضرب الحرارة النوعية للانصهار λ في كتلة الجسم م:

من هذه الصيغة ، يمكن تحديد ذلك

λ = س / م ، م = س / λ

تظهر التجارب أنه أثناء تصلب مادة بلورية يتم إطلاق نفس كمية الحرارة التي يتم امتصاصها أثناء ذوبانها. لذلك ، أثناء تصلب الماء الذي يبلغ وزنه 1 كجم عند درجة حرارة 0 درجة مئوية ، يتم إطلاق كمية حرارة تساوي 3.4 10 5 J. مطلوب نفس كمية الحرارة بالضبط لصهر الجليد الذي يزن 1 كجم عند درجة حرارة من 0 درجة مئوية.

عندما تتصلب المادة ، يحدث كل شيء بترتيب عكسي. تتناقص السرعة ومن ثم متوسط ​​الطاقة الحركية للجزيئات في مادة منصهرة مبردة. يمكن للقوى الجاذبة الآن أن تبقي الجزيئات تتحرك ببطء بالقرب من بعضها البعض. نتيجة لذلك ، يتم ترتيب ترتيب الجسيمات - يتم تكوين بلورة. يتم استخدام الطاقة المنبعثة أثناء التبلور للحفاظ على درجة حرارة ثابتة. على الرسم البياني ، هذا هو قسم EF (انظر الشكل 18).

يتم تسهيل التبلور في حالة وجود أي جزيئات غريبة ، مثل جزيئات الغبار ، في السائل منذ البداية. تصبح مراكز التبلور. في ظل الظروف العادية ، هناك العديد من مراكز التبلور في السائل ، والتي يحدث بالقرب منها تكوين البلورات.

الجدول 4
الحرارة النوعية لانصهار بعض المواد (عند الضغط الجوي العادي)

أثناء التبلور ، يتم إطلاق الطاقة ونقلها إلى الأجسام المحيطة.

يتم تحديد كمية الحرارة المنبعثة أثناء تبلور جسم كتلته m أيضًا بواسطة الصيغة

في هذه الحالة ، تقل الطاقة الداخلية للجسم.

مثال. لتحضير الشاي ، يضع السائح ثلجًا يزن 2 كجم وتبلغ درجة حرارته 0 درجة مئوية في الإناء. ما مقدار الحرارة اللازمة لتحويل هذا الجليد إلى ماء مغلي عند 100 درجة مئوية؟ لا تؤخذ الطاقة المستهلكة في تسخين الغلاية في الاعتبار.

ما هي كمية الحرارة التي ستكون مطلوبة إذا أخذ السائح ، بدلاً من الثلج ، ماءً من نفس الكتلة بنفس درجة الحرارة من الحفرة؟

دعنا نكتب حالة المشكلة ونحلها.

أسئلة

1. كيف نفسر عملية ذوبان الجسم على أساس عقيدة بنية المادة؟
2. ما هي طاقة الوقود التي يتم إنفاقها أثناء انصهار جسم بلوري يتم تسخينه إلى درجة الانصهار؟
3. ما هي الحرارة النوعية للانصهار؟
4. كيف نفسر عملية التصلب على أساس عقيدة بنية المادة؟
5. كيف يتم حساب كمية الحرارة المطلوبة لإذابة جسم بلوري عند نقطة الانصهار؟
6. كيف تحسب كمية الحرارة المنبعثة أثناء تبلور جسم عند نقطة انصهار؟

تمرين 12

ممارسه الرياضه

1. ضع علبتين متطابقتين على الموقد. صب الماء بوزن 0.5 كجم في واحد ، وضع عدة مكعبات ثلج من نفس الكتلة في الأخرى. لاحظ المدة التي يستغرقها الماء في كلا البرطمانين ليغلي. اكتب حسابًا موجزًا ​​لتجربتك واشرح النتائج.
2. اقرأ فقرة "الأجسام غير المتبلورة. ذوبان الأجسام غير المتبلورة ". قم بإعداد تقرير عنها.