Kakšna je specifična talilna toplota ledu. Tema: "Taljenje in kristalizacija

V tej lekciji bomo preučevali koncept "specifična talilna toplota". Ta vrednost označuje količino toplote, ki jo je treba prenesti na 1 kg snovi pri tališču, da preide iz trdnega v tekoče stanje (ali obratno).

Preučili bomo formulo za iskanje količine toplote, ki je potrebna za taljenje (ali sprostitev med kristalizacijo) snovi.

Tema: Agregatna stanja snovi

Lekcija: Specifična talilna toplota

Ta lekcija je posvečena glavni značilnosti taljenja (kristalizacije) snovi - specifični toploti taljenja.

V zadnji lekciji smo se dotaknili vprašanja: kako se spremeni notranja energija telesa med taljenjem?

Ugotovili smo, da se ob dovajanju toplote poveča notranja energija telesa. Hkrati vemo, da lahko notranjo energijo telesa označimo s takšnim konceptom, kot je temperatura. Kot že vemo, se med taljenjem temperatura ne spreminja. Zato se lahko pojavi sum, da imamo opravka s paradoksom: notranja energija se poveča, temperatura pa se ne spremeni.

Razlaga tega dejstva je precej preprosta: vsa energija se porabi za uničenje kristalne mreže. Podobno velja za obratni proces: med kristalizacijo se molekule snovi združijo v en sam sistem, odvečna energija pa se oddaja in absorbira zunanje okolje.

Kot rezultat različnih poskusov je bilo mogoče ugotoviti, da je za isto snov potrebna različna količina toplote za prenos iz trdnega v tekoče stanje.

Potem je bilo odločeno primerjati te količine toplote z isto maso snovi. To je privedlo do pojava takšne značilnosti, kot je specifična toplota taljenja.

Opredelitev

Specifična talilna toplota- količino toplote, ki jo je treba privesti 1 kg snovi, segreti do tališča, da preide iz trdnega v tekoče stanje.

Enaka količina se sprosti pri kristalizaciji 1 kg snovi.

Navedena je specifična talilna toplota (grška črka, ki se bere kot "lambda" ali "lambda").

Enote: . V tem primeru v dimenziji ni temperature, saj se med taljenjem (kristalizacijo) temperatura ne spreminja.

Za izračun količine toplote, potrebne za taljenje snovi, se uporablja formula:

Količina toplote (J);

Specifična talilna toplota (ki jo iščemo v tabeli;

Masa snovi.

Ko telo kristalizira, ga zapišemo z znakom “-”, saj se sprošča toplota.

Primer je specifična toplota taljenja ledu:

. Ali specifična talilna toplota železa:

.

Da je specifična toplota taljenja ledu večja od specifične toplote taljenja železa, ne bi smelo biti presenetljivo. Količina toplote, ki jo določena snov potrebuje za taljenje, je odvisna od lastnosti snovi, zlasti od energije vezi med delci te snovi.

V tej lekciji smo si ogledali koncept specifične talilne toplote.

V naslednji lekciji se bomo naučili reševati probleme segrevanja in taljenja kristalnih teles.

Bibliografija

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Fizika 8 / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A. V. Fizika 8. - M .: Bustard, 2010.
3. Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Fizika 8. - M .: Izobraževanje.

1. Fizika, mehanika itd. ().
2. Kul fizika ().
3. Internetni portal Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

Domača naloga

Taljenje je prehod telesa iz kristalnega trdnega v tekoče stanje. Taljenje poteka z absorpcijo specifične talilne toplote in je fazni prehod prvega reda.

Sposobnost taljenja se nanaša na fizikalne lastnosti snovi.

Pri normalnem tlaku ima volfram najvišje tališče med kovinami (3422 ° C), preprostimi snovmi na splošno - ogljikom (po različnih virih 3500 - 4500 ° C) in med poljubnimi snovmi - hafnijevim karbidom HfC (3890 ° C). Domnevamo lahko, da ima helij najnižje tališče: pri normalnem tlaku ostane tekoč pri poljubno nizkih temperaturah.

Mnoge snovi pri normalnem tlaku nimajo tekoče faze. Pri segrevanju s sublimacijo takoj preidejo v plinasto stanje.

Slika 9 - Taljenje ledu

Kristalizacija je proces faznega prehoda snovi iz tekočega stanja v trdno kristalno stanje s tvorbo kristalov.

Faza je homogeni del termodinamičnega sistema, ločen od drugih delov sistema (drugih faz) z vmesnikom, pri prehodu skozi katerega se kemična sestava, struktura in lastnosti snovi nenadoma spremenijo.

Slika 10 - Kristalizacija vode s tvorbo ledu

Kristalizacija je postopek ločevanja trdne faze v obliki kristalov iz raztopin ali talin, v kemijski industriji pa se s kristalizacijo pridobivajo snovi v čisti obliki.

Kristalizacija se začne, ko je dosežen določen mejni pogoj, na primer prehladitev tekočine ali prenasičenost pare, ko se skoraj v trenutku pojavi veliko majhnih kristalov - središč kristalizacije. Kristali rastejo s pritrjevanjem atomov ali molekul iz tekočine ali pare. Rast kristalnih ploskev poteka plast za plastjo, robovi nepopolnih atomskih plasti (stopenj) se med rastjo premikajo vzdolž ploskve. Odvisnost hitrosti rasti od pogojev kristalizacije vodi do različnih rastnih oblik in kristalnih struktur (poliedrične, lamelne, iglaste, skeletne, dendritične in druge oblike, strukture svinčnika itd.). V procesu kristalizacije se neizogibno pojavijo različne napake.

Na število kristalizacijskih centrov in hitrost rasti pomembno vpliva stopnja podhlajevanja.

Stopnja podhlajevanja je stopnja ohlajanja tekoče kovine pod temperaturo njenega prehoda v kristalno (trdno) modifikacijo. Potrebno je kompenzirati energijo latentne toplote kristalizacije. Primarna kristalizacija je nastajanje kristalov v kovinah (in zlitinah) pri prehodu iz tekočega v trdno stanje.

Specifična talilna toplota (tudi: talilna entalpija; obstaja tudi enakovreden koncept specifične kristalizacijske toplote) je količina toplote, ki jo je treba pripisati eni masni enoti kristalne snovi v ravnotežnem izobarično-izotermnem procesu, da se da preide iz trdnega (kristalnega) stanja v tekoče (da se pri kristalizaciji snovi sprosti enaka količina toplote).

Količina toplote pri taljenju ali kristalizaciji: Q=ml

Izhlapevanje in vrenje. Specifična toplota uparjanja

Izhlapevanje je proces prehajanja snovi iz tekočega stanja v plinasto (para). Postopek izhlapevanja je obraten proces kondenzacije (prehod iz parnega v tekoče stanje. Izhlapevanje (vaporizacija), prehod snovi iz kondenzirane (trdne ali tekoče) faze v plinasto (para); faza prvega reda prehod.

V višji fiziki obstaja podrobnejši koncept izhlapevanja

Izparevanje je proces, pri katerem delci (molekule, atomi) odletijo (odtrgajo) s površine tekočine ali trdne snovi, medtem ko je Ek > Ep.

Slika 11 - Izhlapevanje nad skodelico čaja

Specifična toplota uparjanja (uparjanje) (L) je fizikalna količina, ki kaže količino toplote, ki jo je treba pripisati 1 kg snovi, vzete pri vrelišču, da se prenese iz tekočega stanja v plinasto stanje. Specifična toplota uparjanja se meri v J/kg.

Vretje je proces uparjanja v tekočini (prehod snovi iz tekočega v plinasto stanje), pri čemer se pojavijo meje ločevanja faz. Vrelišče pri atmosferskem tlaku je običajno podano kot ena glavnih fizikalno-kemijskih značilnosti kemično čiste snovi.

Vrenje je fazni prehod prvega reda. Vretje poteka veliko intenzivneje kot izhlapevanje s površine, zaradi nastajanja žarišč uparjanja, tako zaradi doseženega vrelišča kot zaradi prisotnosti nečistoč.

Na proces nastajanja mehurčkov lahko vplivamo s pritiskom, zvočnimi valovi, ionizacijo. Komora z mehurčki deluje zlasti na principu vrenja tekočih mikrovolumenov iz ionizacije med prehodom nabitih delcev.

Slika 12 - Vrela voda

Količina toplote pri vrenju, izparevanju tekočine in kondenzaciji pare: Q=mL

Energija, ki jo telo pridobi ali izgubi pri prenosu toplote, se imenuje količino toplote. Količina toplote je odvisna od mase telesa, od temperaturne razlike telesa in od vrste snovi.

[Q]=J ali kalorije

1 kal je količina toplote, ki je potrebna, da se temperatura 1 g vode segreje za 1 °C.

Specifična toplota- fizikalna količina, ki je enaka količini toplote, ki jo je treba prenesti na telo z maso 1 kg, da se njegova temperatura spremeni za 1 ° C.

[C] \u003d J / kg približno C

Specifična toplotna kapaciteta vode je 4200 J/kg o C. To pomeni, da je treba za segrevanje 1 kg vode za 1 o C porabiti 4200 J toplote.

Specifična toplotna kapaciteta snovi v različnih agregatnih stanjih je različna. Tako je toplotna kapaciteta ledu 2100 J/kg o C. Specifična toplotna kapaciteta vode je največja. V zvezi s tem voda v morjih in oceanih, ki se poleti segreva, absorbira veliko količino toplote. Pozimi se voda ohladi in odda veliko količino toplote. Zato na območjih, ki se nahajajo v bližini vodnih teles, poleti ni zelo vroče in pozimi zelo hladno. Zaradi visoke toplotne kapacitete se voda pogosto uporablja v tehniki in vsakdanjem življenju. Na primer v ogrevalnih sistemih hiš, pri hlajenju delov med njihovo obdelavo na obdelovalnih strojih, medicini (grelci) itd.

S povečanjem temperature trdnih snovi in ​​tekočin se poveča kinetična energija njihovih delcev: začnejo nihati z večjo hitrostjo. Pri določeni temperaturi, ki je za dano snov povsem določena, privlačne sile med delci ne morejo več zadržati le-teh na vozliščih kristalne mreže (daljnji red se spremeni v kratkoročnega), in kristal se začne topiti, tj. snov se začne utekočinjati.

Taljenje – proces spreminjanja snovi iz trdnega v tekoče stanje.

Utrjevanje (kristalizacija)– proces spreminjanja snovi iz tekočega v trdno stanje.

Med procesom taljenja ostane temperatura kristala konstantna. Ta temperatura se imenuje tališče. Vsaka snov ima svoje tališče. Poiščite po tabeli.

Konstantnost temperature med taljenjem je velikega praktičnega pomena, saj omogoča kalibracijo termometrov, izdelavo varovalk in indikatorjev, ki se talijo pri strogo določeni temperaturi. Poznavanje tališča različnih snovi je pomembno tudi s čisto vsakdanjega vidika: sicer, kdo jamči, da se ta lonec ali ponev ne bo stopil na ognju plinskega gorilnika?

Tališče in njemu enaka temperatura strjevanja sta značilni lastnosti snovi. Živo srebro se tali in strjuje pri temperaturi -39 o C, zato živosrebrnih termometrov na skrajnem severu ne uporabljajo. Namesto živosrebrnih termometrov se v teh zemljepisnih širinah uporabljajo alkoholni termometri (-114 o C). Najbolj ognjevarna kovina je volfram (3420 o C).

Količina toplote, ki je potrebna za taljenje snovi, je določena s formulo:

Kjer je m masa snovi, je specifična talilna toplota.

j/kg

Specifična talilna toplota - količina toplote, potrebna za taljenje 1 kg snovi pri njenem tališču. Vsaka snov ima svojega. Najdete ga v tabeli.

Tališče snovi je odvisno od tlaka. Pri snoveh, katerih prostornina se s taljenjem poveča, se z zvišanjem tlaka zviša tališče in obratno. Pri vodi se med taljenjem prostornina zmanjšuje, ob povečanju tlaka pa se led tali pri nižji temperaturi.

Številka vstopnice 14

Povezane informacije:

1. Vprašanje»Količinski netarifni ukrep omejevanja izvoza ali uvoza proizvoda za določen znesek ali znesek za določeno časovno obdobje
2. Ali veste, kako je količina snovi v atomu povezana s prostornino samega atoma?
3. B. V tem, da farmacevt poimenuje prvo sestavino v receptu, farmacevt pa po spominu poimenuje vse sestavine, ki jih je vzel, in njihovo količino.

V prejšnjem odstavku smo obravnavali graf taljenja in strjevanja ledu. Graf kaže, da se led med taljenjem njegova temperatura ne spreminja (glej sliko 18). In šele potem, ko se ves led stopi, začne temperatura nastale tekočine naraščati. Toda navsezadnje tudi med procesom taljenja led prejema energijo iz goriva, ki gori v grelniku. In iz zakona o ohranitvi energije sledi, da ne more izginiti. Kolikšna je poraba energije goriva med taljenjem?

Vemo, da so v kristalih molekule (ali atomi) razporejene v strogem vrstnem redu. Vendar so tudi v kristalih v toplotnem gibanju (nihajo). Ko se telo segreje, se povprečna hitrost molekul poveča. Posledično se povečata tudi njihova povprečna kinetična energija in temperatura. Na grafu je to odsek AB (glej sliko 18). Posledično se poveča razpon nihanja molekul (ali atomov). Ko se telo segreje na temperaturo tališča, se poruši vrstni red v razporeditvi delcev v kristalih. Kristali izgubijo svojo obliko. Snov se tali in preide iz trdnega v tekoče stanje.

Posledično se vsa energija, ki jo dobi kristalno telo, potem ko je že segreto do tališča, porabi za uničenje kristala. V zvezi s tem telesna temperatura preneha naraščati. Na grafu (glej sliko 18) je to prerez BC.

Poskusi kažejo, da je za pretvorbo različnih kristalnih snovi enake mase v tekočino pri tališču potrebna različna količina toplote.

Fizikalna količina, ki kaže, koliko toplote je treba privesti kristalnemu telesu, ki tehta 1 kg, da bi popolnoma prešlo v tekoče stanje pri tališču, se imenuje specifična talilna toplota.

Specifična talilna toplota je označena z λ (grška črka "lambda"). Njena enota je 1 J/kg.

V poskusu določite specifično talilno toploto. Tako je bilo ugotovljeno, da je specifična toplota taljenja ledu 3,4 10 5 - . To pomeni, da je za preoblikovanje kosa ledu, ki tehta 1 kg, vzetega pri 0 ° C, v vodo enake temperature potrebno 3,4 10 5 J energije. In da bi stopili svinčevo palico, ki tehta 1 kg, vzeto pri tališču, bo potrebno 2,5 10 4 J energije.

Zato je pri tališču notranja energija snovi v tekočem stanju večja od notranje energije enake mase snovi v trdnem stanju.

Za izračun količine toplote Q, ki je potrebna za taljenje kristalnega telesa z maso m, vzeto pri talilni temperaturi in normalnem atmosferskem tlaku, je treba specifično talilno toploto λ pomnožiti z maso telesa m:

Iz te formule je mogoče ugotoviti, da

λ = Q / m, m = Q / λ

Poskusi kažejo, da se med strjevanjem kristalne snovi sprosti ravno toliko toplote, kot se je absorbira pri njenem taljenju. Torej, med strjevanjem vode, ki tehta 1 kg pri temperaturi 0 ° C, se sprosti količina toplote, ki je enaka 3,4 · 10 5 J. Popolnoma enaka količina toplote je potrebna za taljenje ledu, ki tehta 1 kg, pri temperaturi 0°C.

Ko se snov strdi, se vse zgodi v obratnem vrstnem redu. Hitrost in s tem povprečna kinetična energija molekul v ohlajeni staljeni snovi se zmanjšata. Privlačne sile lahko zdaj ohranjajo počasi premikajoče se molekule blizu druga drugi. Posledično postane razporeditev delcev urejena – nastane kristal. Energija, ki se sprosti med kristalizacijo, se uporablja za vzdrževanje stalne temperature. Na grafu je to odsek EF (glej sliko 18).

Kristalizacija je olajšana, če so v tekočini že od samega začetka prisotni tuji delci, kot so prašni delci. Postanejo središča kristalizacije. V normalnih pogojih je v tekočini veliko kristalizacijskih središč, v bližini katerih nastanejo kristali.

Tabela 4
Specifična talilna toplota nekaterih snovi (pri normalnem atmosferskem tlaku)

Pri kristalizaciji se energija sprošča in prenaša na okoliška telesa.

S formulo je določena tudi količina toplote, ki se sprosti pri kristalizaciji telesa z maso m

V tem primeru se notranja energija telesa zmanjša.

Primer. Za pripravo čaja je turist v lonec dal led, ki tehta 2 kg in ima temperaturo 0 °C. Koliko toplote je potrebno, da se ta led spremeni v vrelo vodo pri 100 °C? Energija, porabljena za segrevanje kotlička, se ne upošteva.

Kolikšno količino toplote bi potrebovali, če bi turist namesto ledu iz luknje vzel vodo enake mase pri enaki temperaturi?

Zapišimo pogoj naloge in jo rešimo.

Vprašanja

1. Kako razložiti proces taljenja teles na podlagi nauka o zgradbi snovi?
2. Za kaj se porabi energija goriva med taljenjem kristalnega telesa, segretega na tališče?
3. Kakšna je specifična talilna toplota?
4. Kako razložiti proces strjevanja na podlagi nauka o zgradbi snovi?
5. Kako se izračuna količina toplote, ki je potrebna za taljenje kristalnega telesa pri tališču?
6. Kako izračunati količino toplote, ki se sprosti pri kristalizaciji telesa, ki ima tališče?

vaja 12

telovadba

1. Na štedilnik postavite dve enaki pločevinki. V enega nalijemo vodo, ki tehta 0,5 kg, v drugega damo več kock ledu enake mase. Upoštevajte, koliko časa traja, da voda v obeh kozarcih zavre. Na kratko napišite svoje izkušnje in razložite rezultate.
2. Preberite odstavek »Amorfna telesa. Taljenje amorfnih teles«. Pripravi poročilo o tem.