Aké je špecifické teplo topenia ľadu. Téma: „Tavenie a kryštalizácia

V tejto lekcii budeme študovať pojem "špecifické teplo topenia". Táto hodnota charakterizuje množstvo tepla, ktoré sa musí odovzdať 1 kg látky pri teplote topenia, aby prešla z pevného do kvapalného stavu (alebo naopak).

Budeme študovať vzorec na zistenie množstva tepla potrebného na roztavenie (alebo uvoľnenie počas kryštalizácie) látky.

Téma: Súhrnné stavy hmoty

Lekcia: Špecifické teplo topenia

Táto lekcia je venovaná hlavnej charakteristike topenia (kryštalizácie) látky - špecifickému teplu topenia.

V minulej lekcii sme sa dotkli otázky: ako sa mení vnútorná energia telesa počas topenia?

Zistili sme, že pri dodávke tepla sa vnútorná energia tela zvyšuje. Zároveň vieme, že vnútornú energiu telesa možno charakterizovať pojmom ako teplota. Ako už vieme, počas topenia sa teplota nemení. Preto môže vzniknúť podozrenie, že máme dočinenia s paradoxom: vnútorná energia sa zvyšuje, ale teplota sa nemení.

Vysvetlenie tejto skutočnosti je celkom jednoduché: všetka energia sa vynakladá na zničenie kryštálovej mriežky. Podobne v opačnom procese: počas kryštalizácie sa molekuly látky spájajú do jedného systému, pričom prebytočná energia sa vydáva a absorbuje vonkajším prostredím.

V dôsledku rôznych experimentov bolo možné zistiť, že pre tú istú látku je potrebné iné množstvo tepla na jej prechod z pevného do kvapalného stavu.

Potom bolo rozhodnuté porovnať tieto množstvá tepla s rovnakou hmotnosťou hmoty. To viedlo k vzniku takej charakteristiky, ako je špecifické teplo topenia.

Definícia

Špecifické teplo topenia- množstvo tepla, ktoré sa musí odovzdať 1 kg látky zahriatej na bod topenia, aby sa preniesla z pevného do kvapalného stavu.

Rovnaká hodnota sa uvoľní pri kryštalizácii 1 kg látky.

Udáva sa špecifické teplo topenia (grécke písmeno, čítané ako "lambda" alebo "lambda").

Jednotky: . V tomto prípade nie je v rozmere žiadna teplota, keďže teplota sa počas tavenia (kryštalizácie) nemení.

Na výpočet množstva tepla potrebného na roztavenie látky sa používa vzorec:

množstvo tepla (J);

Špecifické teplo topenia (hľadané v tabuľke;

Hmotnosť látky.

Keď telo kryštalizuje, je napísané so znamienkom „-“, pretože sa uvoľňuje teplo.

Príkladom je špecifické teplo topenia ľadu:

. Alebo špecifické teplo topenia železa:

.

To, že sa ukázalo, že špecifické teplo topenia ľadu je väčšie ako špecifické teplo topenia železa, by nemalo byť prekvapujúce. Množstvo tepla, ktoré konkrétna látka potrebuje na roztavenie, závisí od vlastností látky, najmä od energie väzieb medzi časticami tejto látky.

V tejto lekcii sme sa pozreli na koncept špecifického tepla topenia.

V nasledujúcej lekcii sa naučíme, ako riešiť úlohy ohrevu a topenia kryštalických telies.

Bibliografia

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Fyzika 8 / Ed. Orlová V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A. V. Fyzika 8. - M .: Drop, 2010.
3. Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Fyzika 8. - M .: Vzdelávanie.

1. Fyzika, mechanika atď. ().
2. Skvelá fyzika ().
3. Internetový portál Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

Domáca úloha

Topenie je prechod telesa z kryštalického pevného do kvapalného stavu. K topeniu dochádza pri absorpcii špecifického tepla topenia a ide o fázový prechod prvého rádu.

Schopnosť topiť sa týka fyzikálnych vlastností látky.

Pri normálnom tlaku má volfrám najvyššiu teplotu topenia medzi kovmi (3422 °C), jednoduchými látkami všeobecne - uhlíkom (podľa rôznych zdrojov 3500 - 4500 °C) a spomedzi ľubovoľných látok - karbid hafnia HfC (3890 °C). Môžeme predpokladať, že hélium má najnižšiu teplotu topenia: pri normálnom tlaku zostáva kvapalné pri ľubovoľne nízkych teplotách.

Mnohé látky pri normálnom tlaku nemajú kvapalnú fázu. Pri zahriatí prechádzajú okamžite sublimáciou do plynného skupenstva.

Obrázok 9 - Topiaci sa ľad

Kryštalizácia je proces fázového prechodu látky z kvapalného do tuhého kryštalického stavu s tvorbou kryštálov.

Fáza je homogénna časť termodynamického systému oddelená od ostatných častí systému (iných fáz) rozhraním, pri prechode ktorým sa náhle mení chemické zloženie, štruktúra a vlastnosti látky.

Obrázok 10 - Kryštalizácia vody s tvorbou ľadu

Kryštalizácia je proces oddeľovania pevnej fázy vo forme kryštálov z roztokov alebo tavenín, v chemickom priemysle sa proces kryštalizácie využíva na získanie látok v čistej forme.

Kryštalizácia začína, keď je dosiahnutá určitá limitná podmienka, napríklad podchladenie kvapaliny alebo presýtenie pary, kedy sa takmer okamžite objaví veľa malých kryštálov - centier kryštalizácie. Kryštály rastú pripojením atómov alebo molekúl z kvapaliny alebo pary. K rastu kryštálových plôch dochádza vrstva po vrstve, okraje neúplných atómových vrstiev (stupňov) sa počas rastu posúvajú po ploche. Závislosť rýchlosti rastu od podmienok kryštalizácie vedie k rôznym rastovým formám a kryštálovým štruktúram (polyedrické, lamelárne, ihličnaté, skeletové, dendritické a iné formy, ceruzkové štruktúry atď.). V procese kryštalizácie nevyhnutne vznikajú rôzne defekty.

Počet kryštalizačných centier a rýchlosť rastu sú výrazne ovplyvnené stupňom podchladenia.

Stupeň podchladenia je úroveň ochladenia tekutého kovu pod teplotu jeho prechodu na kryštalickú (tuhú) modifikáciu. Je potrebné kompenzovať energiu latentného kryštalizačného tepla. Primárna kryštalizácia je tvorba kryštálov v kovoch (a zliatinách) pri prechode z kvapalného do tuhého stavu.

Špecifické teplo topenia (tiež: entalpia topenia; existuje aj ekvivalentný pojem špecifického tepla kryštalizácie) je množstvo tepla, ktoré sa musí odovzdať jednej jednotke hmotnosti kryštalickej látky v rovnovážnom izobaricko-izotermickom procese, aby preniesť ho z pevného (kryštalického) stavu do kvapalného (že sa pri kryštalizácii látky uvoľní rovnaké množstvo tepla).

Množstvo tepla počas topenia alebo kryštalizácie: Q=ml

Odparovanie a varenie. Špecifické teplo vyparovania

Vyparovanie je proces prechodu látky z kvapalného do plynného skupenstva (para). Vyparovací proces je opakom kondenzačného procesu (prechod z parného do kvapalného skupenstva. Vyparovanie (vyparovanie), prechod látky z kondenzovanej (tuhej alebo kvapalnej) fázy do plynnej (pary); fáza prvého rádu. prechod.

Vo vyššej fyzike existuje podrobnejší koncept vyparovania

Vyparovanie je proces, pri ktorom častice (molekuly, atómy) vyletujú (odtrhávajú sa) z povrchu kvapaliny alebo pevnej látky, pričom Ek > Ep.

Obrázok 11 - Odparovanie nad hrnčekom čaju

Merné skupenské teplo vyparovania (L) je fyzikálna veličina udávajúca množstvo tepla, ktoré sa musí oznámiť 1 kg látky odobratej pri bode varu, aby sa preniesla z kvapalného do plynného skupenstva. Merné výparné teplo sa meria v J/kg.

Var je proces vyparovania v kvapaline (prechod látky z kvapalného do plynného skupenstva), pričom sa objavujú hranice oddeľovania fáz. Teplota varu pri atmosférickom tlaku sa zvyčajne udáva ako jedna z hlavných fyzikálno-chemických charakteristík chemicky čistej látky.

Var je fázový prechod prvého rádu. K varu dochádza oveľa intenzívnejšie ako k odparovaniu z povrchu v dôsledku tvorby ohnísk vyparovania, a to tak v dôsledku dosiahnutej teploty varu, ako aj prítomnosti nečistôt.

Proces tvorby bublín možno ovplyvniť tlakom, zvukovými vlnami, ionizáciou. Predovšetkým na princípe varu mikroobjemov kvapaliny z ionizácie pri prechode nabitých častíc funguje bublinková komora.

Obrázok 12 - Vriaca voda

Množstvo tepla počas varu, odparovania kvapaliny a kondenzácie pár: Q=mL

Energia, ktorú telo pri prenose tepla získa alebo stratí, sa nazýva množstvo tepla. Množstvo tepla závisí od hmotnosti telesa, od rozdielu teplôt telesa a od druhu látky.

[Q]=J alebo kalórie

1 kal je množstvo tepla potrebné na zvýšenie teploty 1 g vody o 1 °C.

Špecifické teplo- fyzikálna veličina rovnajúca sa množstvu tepla, ktoré sa musí odovzdať telesu s hmotnosťou 1 kg, aby sa jeho teplota zmenila o 1 °C.

[C] \u003d J / kg približne C

Merná tepelná kapacita vody je 4200 J / kg o C. To znamená, že na ohriatie 1 kg vody o 1 o C je potrebné vynaložiť 4200 J tepla.

Špecifická tepelná kapacita látky v rôznych stavoch agregácie je rôzna. Tepelná kapacita ľadu je teda 2100 J/kg o C. Merná tepelná kapacita vody je najväčšia. V tomto ohľade voda v moriach a oceánoch, ktorá sa v lete zahrieva, absorbuje veľké množstvo tepla. V zime sa voda ochladzuje a vydáva veľké množstvo tepla. Preto v oblastiach nachádzajúcich sa v blízkosti vodných plôch nie je v lete veľmi horúco a v zime veľmi chladno. Voda je vďaka svojej vysokej tepelnej kapacite široko používaná v strojárstve a každodennom živote. Napríklad vo vykurovacích systémoch domov, pri ochladzovaní dielov pri ich spracovaní na obrábacích strojoch, medicíne (ohrievače) atď.

So zvyšovaním teploty pevných látok a kvapalín sa zvyšuje kinetická energia ich častíc: začínajú kmitať vyššou rýchlosťou. Pri určitej teplote, ktorá je pre danú látku celkom jednoznačná, ich príťažlivé sily medzi časticami už nedokážu udržať v uzloch kryštálovej mriežky (rád s dlhým dosahom sa mení na rád s krátkym dosahom), a kryštál sa začne topiť, t.j. hmota začína skvapalňovať.

Topenie – proces zmeny látky z pevného do kvapalného skupenstva.

Kalenie (kryštalizácia)– proces premeny látky z kvapalného do tuhého skupenstva.

Počas procesu tavenia zostáva teplota kryštálu konštantná. Táto teplota sa nazýva bod topenia. Každá látka má svoj vlastný bod topenia. Nájdite podľa tabuľky.

Stálosť teploty počas tavenia má veľký praktický význam, pretože umožňuje kalibráciu teplomerov, výrobu poistiek a indikátorov, ktoré sa topia pri presne stanovenej teplote. Poznať teplotu topenia rôznych látok je dôležité aj z čisto každodenného hľadiska: kto inak zaručí, že sa tento hrniec alebo panvica neroztopí na ohni plynového horáka?

Charakteristickým znakom látky je teplota topenia a jej rovná teplota tuhnutia. Ortuť sa topí a tuhne pri teplote -39 o C, preto sa ortuťové teplomery na Ďalekom severe nepoužívajú. Namiesto ortuťových teplomerov sa v týchto zemepisných šírkach používajú liehové teplomery (-114 o C). Najviac žiaruvzdorným kovom je volfrám (3420 o C).

Množstvo tepla potrebného na roztavenie látky je určené vzorcom:

Kde m je hmotnosť látky, je špecifické teplo topenia.

j/kg

Špecifické teplo topenia - množstvo tepla potrebného na roztavenie 1 kg látky pri jej teplote topenia. Každá látka má svoje. Nachádza sa v tabuľke.

Teplota topenia látky závisí od tlaku. Pre látky, ktorých objem sa pri topení zväčšuje, zvýšenie tlaku zvyšuje bod topenia a naopak. Pri vode sa objem počas topenia zmenšuje a pri zvýšení tlaku sa ľad topí pri nižšej teplote.

Číslo lístka 14

Súvisiace informácie:

1. Otázka»Kvantitatívne netarifné opatrenie na obmedzenie vývozu alebo dovozu produktu o určité množstvo alebo množstvo na určité časové obdobie
2. Viete, ako súvisí množstvo hmoty v atóme s objemom samotného atómu?
3. B. V tom, že lekárnik pomenuje prvú zložku na recepte a lekárnik naspamäť vymenuje všetky zložky, ktoré užil, a ich množstvo.

V predchádzajúcom odseku sme uvažovali o grafe topenia a tuhnutia ľadu. Graf ukazuje, že kým sa ľad topí, jeho teplota sa nemení (pozri obr. 18). A až po roztopení všetkého ľadu začne teplota výslednej kvapaliny stúpať. Ale koniec koncov, aj počas procesu topenia ľad prijíma energiu z paliva horiaceho v ohrievači. A zo zákona zachovania energie vyplýva, že nemôže zaniknúť. Aká je energetická spotreba paliva pri tavení?

Vieme, že v kryštáloch sú molekuly (alebo atómy) usporiadané v prísnom poradí. Avšak aj v kryštáloch sú v tepelnom pohybe (kmitajú). Keď sa telo zahrieva, priemerná rýchlosť molekúl sa zvyšuje. V dôsledku toho sa zvyšuje aj ich priemerná kinetická energia a teplota. Na grafe je to rez AB (pozri obr. 18). V dôsledku toho sa zvyšuje rozsah vibrácií molekúl (alebo atómov). Pri zahriatí telesa na teplotu topenia sa poruší poradie v usporiadaní častíc v kryštáloch. Kryštály strácajú svoj tvar. Látka sa topí a mení sa z pevného skupenstva na kvapalné.

V dôsledku toho sa všetka energia, ktorú kryštalické teleso dostane po tom, čo už bolo zahriate na teplotu topenia, vynaložená na zničenie kryštálu. V tomto ohľade telesná teplota prestáva stúpať. Na grafe (pozri obr. 18) ide o rez BC.

Experimenty ukazujú, že na premenu rôznych kryštalických látok rovnakej hmotnosti na kvapalinu pri teplote topenia je potrebné iné množstvo tepla.

Fyzikálna veličina udávajúca, koľko tepla sa musí odovzdať kryštalickému telesu s hmotnosťou 1 kg, aby sa pri teplote topenia úplne prenieslo do kvapalného stavu, sa nazýva špecifické teplo topenia.

Špecifické teplo topenia sa označuje λ (grécke písmeno „lambda“). Jeho jednotka je 1 J/kg.

Určte špecifické teplo topenia v experimente. Zistilo sa teda, že špecifické teplo topenia ľadu je 3,4 10 5 - . To znamená, že na premenu kúska ľadu s hmotnosťou 1 kg odobratého pri 0 °C na vodu s rovnakou teplotou je potrebných 3,4 10 5 J energie. A na roztavenie tyče olova s ​​hmotnosťou 1 kg, odobratej pri jej teplote topenia, bude potrebných 2,5 10 4 J energie.

Preto pri teplote topenia je vnútorná energia látky v kvapalnom stave väčšia ako vnútorná energia rovnakej hmotnosti látky v pevnom stave.

Na výpočet množstva tepla Q potrebného na roztavenie kryštalického telesa s hmotnosťou m pri jeho teplote topenia a normálnom atmosférickom tlaku je potrebné špecifické teplo topenia λ vynásobiť hmotnosťou telesa m:

Z tohto vzorca sa dá určiť, že

A = Q/m, m = Q/A

Experimenty ukazujú, že pri tuhnutí kryštalickej látky sa uvoľňuje presne také množstvo tepla, aké sa absorbuje pri jej tavení. Takže pri tuhnutí vody s hmotnosťou 1 kg pri teplote 0 ° C sa uvoľní množstvo tepla rovnajúce sa 3,4 10 5 J. Presne rovnaké množstvo tepla je potrebné na roztopenie ľadu s hmotnosťou 1 kg pri teplote 0 °C.

Keď látka stuhne, všetko sa deje v opačnom poradí. Rýchlosť a tým aj priemerná kinetická energia molekúl v ochladenej roztavenej látke klesá. Príťažlivé sily teraz môžu udržiavať pomaly sa pohybujúce molekuly blízko seba. V dôsledku toho sa usporiadanie častíc stáva usporiadaným - vzniká kryštál. Energia uvoľnená pri kryštalizácii sa využíva na udržanie konštantnej teploty. Na grafe je to sekcia EF (pozri obr. 18).

Kryštalizácia je uľahčená, ak sú v kvapaline od samého začiatku prítomné cudzie častice, ako sú prachové častice. Stávajú sa centrami kryštalizácie. Za normálnych podmienok je v kvapaline veľa centier kryštalizácie, v blízkosti ktorých dochádza k tvorbe kryštálov.

Tabuľka 4
Špecifické teplo topenia určitých látok (pri normálnom atmosférickom tlaku)

Počas kryštalizácie sa energia uvoľňuje a prenáša do okolitých telies.

Množstvo tepla uvoľneného pri kryštalizácii telesa s hmotnosťou m je tiež určené vzorcom

V tomto prípade sa vnútorná energia tela znižuje.

Príklad. Na prípravu čaju turista vložil do hrnca ľad s hmotnosťou 2 kg a teplotou 0 °C. Koľko tepla je potrebné na premenu tohto ľadu na vriacu vodu s teplotou 100 °C? Energia vynaložená na ohrev kanvice sa neberie do úvahy.

Aké množstvo tepla by bolo potrebné, keby si turista namiesto ľadu zobral z otvoru vodu rovnakej hmotnosti a rovnakej teploty?

Zapíšme si stav problému a vyriešme ho.

Otázky

1. Ako vysvetliť proces topenia tela na základe doktríny o štruktúre hmoty?
2. Na čo sa spotrebuje energia paliva pri tavení kryštalického telesa zahriateho na teplotu topenia?
3. Aké je špecifické teplo topenia?
4. Ako vysvetliť proces otužovania na základe náuky o štruktúre hmoty?
5. Ako sa vypočíta množstvo tepla potrebného na roztavenie kryštalického telesa prijatého pri teplote topenia?
6. Ako vypočítať množstvo tepla uvoľneného pri kryštalizácii telesa, ktoré má teplotu topenia?

Cvičenie 12

Cvičenie

1. Na sporák položte dve rovnaké plechovky. Do jednej nalejte vodu s hmotnosťou 0,5 kg, do druhej vložte niekoľko kociek ľadu rovnakej hmotnosti. Všimnite si, ako dlho trvá, kým voda v oboch nádobách uvarí. Napíšte krátku správu o svojich skúsenostiach a vysvetlite výsledky.
2. Prečítajte si odsek „Amorfné telesá. Tavenie amorfných telies“. Pripravte o tom správu.