Špecifické teplo topenia rôznych látok. Špecifické teplo topenia Špecifické teplo topenia ľadu je

Videli sme, že nádoba s ľadom a vodou prinesená do teplej miestnosti sa nezohreje, kým sa všetok ľad neroztopí. V tomto prípade sa voda získava z ľadu pri rovnakej teplote. V tomto čase do zmesi ľadu a vody prúdi teplo a následne sa zvyšuje vnútorná energia tejto zmesi. Z toho musíme vyvodiť záver, že vnútorná energia vody pri je väčšia ako vnútorná energia ľadu pri rovnakej teplote. Keďže kinetická energia molekúl, vody a ľadu je rovnaká, nárast vnútornej energie počas topenia je nárastom potenciálnej energie molekúl.

Skúsenosti ukazujú, že vyššie uvedené platí pre všetky kryštály. Pri tavení kryštálu je potrebné neustále zvyšovať vnútornú energiu systému, pričom teplota kryštálu a taveniny zostáva nezmenená. Zvyčajne k zvýšeniu vnútornej energie dochádza, keď sa určité množstvo tepla prenesie do kryštálu. Rovnaký cieľ možno dosiahnuť vykonávaním práce, napríklad trením. Takže vnútorná energia taveniny je vždy väčšia ako vnútorná energia rovnakej hmotnosti kryštálov pri rovnakej teplote. To znamená, že usporiadanému usporiadaniu častíc (v kryštalickom stave) zodpovedá nižšia energia ako neusporiadanému usporiadaniu (v tavenine).

Množstvo tepla potrebné na premenu jednotkovej hmotnosti kryštálu na taveninu s rovnakou teplotou sa nazýva špecifické teplo topenia kryštálu. Vyjadruje sa v jouloch na kilogram.

Keď látka stuhne, teplo topenia sa uvoľní a prenesie do okolitých telies.

Stanovenie špecifického tepla topenia žiaruvzdorných telies (telies s vysokou teplotou topenia) nie je jednoduchá úloha. Špecifické teplo topenia kryštálu s nízkou teplotou topenia, ako je ľad, možno určiť pomocou kalorimetra. Po naliatí určitého množstva vody určitej teploty do kalorimetra a vhodení známej masy ľadu, ktorý sa už začal topiť, t. j. s teplotou, počkáme, kým sa všetok ľad roztopí a teplota vody kalorimeter nadobúda konštantnú hodnotu. Pomocou zákona zachovania energie zostavíme rovnicu tepelnej bilancie (§ 209), ktorá nám umožňuje určiť špecifické teplo topenia ľadu.

Nech sa hmotnosť vody (vrátane vodného ekvivalentu kalorimetra) rovná hmotnosti ľadu - , mernej tepelnej kapacite vody - , počiatočnej teplote vody - , konečnej teplote - , mernému teplu topenia ľadu - . Rovnica tepelnej bilancie má tvar

.

V tabuľke Tabuľka 16 ukazuje špecifické teplo topenia niektorých látok. Pozoruhodné je vysoké teplo topenia ľadu. Táto okolnosť je veľmi dôležitá, pretože spomaľuje topenie ľadu v prírode. Ak by bolo špecifické teplo topenia oveľa nižšie, jarné záplavy by boli mnohonásobne silnejšie. Keď poznáme špecifické teplo topenia, môžeme vypočítať, koľko tepla je potrebné na roztavenie akéhokoľvek telesa. Ak je teleso už zahriate na bod topenia, potom sa teplo musí vynaložiť len na jeho roztavenie. Ak má teplotu pod bodom topenia, stále musíte minúť teplo na vykurovanie.

Tabuľka 16.

Látka		Látka

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

Budeme študovať vzorec na zistenie množstva tepla, ktoré je potrebné na roztavenie (alebo uvoľnenie pri kryštalizácii) 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 pridávaní tepla sa vnútorná energia tela zvyšuje. Zároveň vieme, že vnútornú energiu telesa možno charakterizovať pojmom ako teplota. Ako už vieme, teplota sa počas topenia 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. Opačný proces je podobný: počas kryštalizácie sa molekuly látky spájajú do jedného systému, pričom prebytočná energia sa uvoľňuje a absorbuje vonkajším prostredím.

V dôsledku rôznych experimentov bolo možné zistiť, že tá istá látka vyžaduje rôzne množstvá tepla na premenu z pevného do kvapalného stavu.

Potom bolo rozhodnuté porovnať tieto množstvá tepla s rovnakou hmotnosťou látky. To viedlo k objaveniu sa 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 previedla z pevného do kvapalného stavu.

Rovnaké množstvo sa uvoľní pri kryštalizácii 1 kg látky.

Označuje sa špecifickým teplom topenia (grécke písmeno čítané ako „lambda“ alebo „lambda“).

Jednotky: . V tomto prípade nie je v rozmere žiadna teplota, keďže pri tavení (kryštalizácii) sa teplota nemení.

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

Množstvo tepla (J);

Špecifické teplo topenia (, ktoré sa hľadá 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:

.

Skutočnosť, 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 ďalšej lekcii sa naučíme, ako riešiť problémy týkajúce sa zahrievania 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

V predchádzajúcom odseku sme sa pozreli na graf 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 aj počas procesu topenia ľad prijíma energiu z paliva horiaceho v ohrievači. A zo zákona zachovania energie vyplýva, že nemôže zaniknúť. Na čo sa spotrebuje energia 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 pohybu 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 naruší poriadok v usporiadaní častíc v kryštáloch. Kryštály strácajú svoj tvar. Látka sa topí a prechádza z pevného do kvapalného stavu.

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 sa telesná teplota prestane zvyšovať. Na grafe (pozri obr. 18) ide o rez BC.

Experimenty ukazujú, že na premenu rôznych kryštalických látok rovnakej hmotnosti na kvapalinu pri teplote topenia sú potrebné rôzne množstvá tepla.

Fyzikálna veličina, ktorá ukazuje, koľko tepla sa musí odovzdať kryštalickému telesu s hmotnosťou 1 kg, aby sa úplne premenilo na kvapalný stav pri teplote topenia, sa nazýva špecifické teplo topenia.

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

Špecifické teplo topenia sa určuje experimentálne. Tak sa zistilo, že špecifické teplo topenia ľadu je 3,4 10 5 -. To znamená, že na premenu kusu 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 bloku olova s ​​hmotnosťou 1 kg pri jeho teplote topenia budete musieť minúť 2,5 10 4 J energie.

V dôsledku toho je pri teplote topenia 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 možno určiť, že

A = Q/m, m = Q/A

Experimenty ukazujú, že keď kryštalická látka stuhne, uvoľní sa presne také množstvo tepla, aké sa absorbuje pri roztavení. Pri tuhnutí vody s hmotnosťou 1 kg pri teplote 0 °C sa teda 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 teda aj priemerná kinetická energia molekúl v ochladzovanej roztavenej látke klesá. Príťažlivé sily teraz môžu držať pomaly sa pohybujúce molekuly blízko seba. V dôsledku toho sa usporiadanie častíc stáva usporiadaným - vzniká kryštál. Energia uvoľnená počas kryštalizácie sa vynakladá na udržiavanie konštantnej teploty. Na grafe je to EF rez (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 kryštalizačných centier, okolo 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

Vnútorná energia tela klesá.

Príklad. Na prípravu čaju turista vloží do hrnca 2 kg ľadu s teplotou 0 °C. Aké množstvo tepla je potrebné na premenu tohto ľadu na vriacu vodu s teplotou 100 °C? Energia vynaložená na vykurovanie kotla sa nezohľadňuje.

Aké množstvo tepla by bolo potrebné, keby si turista namiesto ľadu vzal z ľadovej diery vodu rovnakej hmotnosti a rovnakej teploty?

Zapíšme si podmienky problému a vyriešme ho.

Otázky

1. Ako vysvetliť proces topenia telesa na základe doktríny o štruktúre hmoty?
2. Na čo sa spotrebuje energia paliva pri tavení kryštalického telesa zahriateho na teplotu topenia?
3. Ako sa nazýva špecifické teplo topenia?
4. Ako vysvetliť proces tuhnutia na základe teórie štruktúry hmoty?
5. Ako sa vypočíta množstvo tepla potrebného na roztavenie kryštalickej pevnej látky pri jej 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. Topenie amorfných telies“. Pripravte o tom správu.

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

Schopnosť topiť sa týka fyzikálne vlastnosti látok

Volfrám má za normálneho tlaku najvyšší bod topenia spomedzi kovov (3422 °C), jednoduchých látok všeobecne - uhlíka (podľa rôznych zdrojov 3500 - 4500 °C) a spomedzi ľubovoľných látok - karbid hafnia HfC (3890 °C). Môžeme predpokladať, že hélium má najnižší bod topenia: pri normálnom tlaku zostáva kvapalné pri ľubovoľne nízkych teplotách.

Mnohé látky pri normálnom tlaku nemajú kvapalnú fázu. Po zahriatí sa okamžite premenia na plynné skupenstvo.

Obrázok 9 - Topenie ľadu

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 izolácie pevnej fázy vo forme kryštálov z roztokov alebo tavenín v chemickom priemysle, proces kryštalizácie sa používa na získanie látok v ich čistej forme.

Kryštalizácia začína, keď je dosiahnutá určitá limitná podmienka, napríklad podchladenie kvapaliny alebo presýtenie pary, kedy sa takmer okamžite objaví veľa malých kryštálikov - kryštalizačných centier. Kryštály rastú pripojením atómov alebo molekúl z kvapaliny alebo pary. Rast kryštálových plôch prebieha vrstva po vrstve; okraje neúplných atómových vrstiev (krokov) sa pri svojom raste pohybujú pozdĺž plochy. Závislosť rýchlosti rastu od podmienok kryštalizácie vedie k rôznym rastovým formám a kryštálovým štruktúram (polyedrické, lamelárne, ihlovité, skeletové, dendritické a iné formy, ceruzkové štruktúry atď.). Počas 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) - množstvo tepla, ktoré sa musí odovzdať jednej jednotke hmotnosti kryštalickej látky pri rovnovážnom izobaricko-izotermickom procese, aby preniesť ho z pevného (kryštalického) stavu do kvapalného (vtedy sa pri kryštalizácii látky uvoľňuje 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). Proces odparovania je spätný proces kondenzácia (prechod z parného do kvapalného skupenstva. Vyparovanie (vyparovanie), prechod látky z kondenzovanej (tuhej alebo kvapalnej) fázy do plynnej (pary); fázový prechod prvého rádu.

Vo vyššej fyzike existuje rozvinutejšia koncepcia vyparovania

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

Obrázok 11 - Odparovanie nad hrnčekom čaju

Špecifické teplo vyparovania (vyparovania) (L) -- fyzikálne množstvo, znázorňujúci množstvo tepla, ktoré sa musí odovzdať 1 kg látky odobratej pri bode varu, aby sa previedla z kvapalného do plynného skupenstva. Merné teplo vyparovania 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 vyparovaniu z povrchu, a to v dôsledku vytvárania centier vyparovania, ktoré je dané dosiahnutou teplotou varu a prítomnosťou nečistôt.

Proces tvorby bublín je možné ovplyvniť pomocou tlaku, zvukových vĺn a ionizácie. Najmä na princípe varu mikroobjemov kvapaliny z ionizácie pri prechode nabitých častíc funguje bublinková komora.

Obrázok 12 - Vriaca voda

Množstvo tepla pri vare, vyparovaní kvapaliny a kondenzácii pary: Q=mL

Vo fyzike je topenie prechodom látky z pevného do kvapalného stavu. Klasické príklady procesu topenia sú topenie ľadu a premena pevného kusu cínu na tekutú spájku pri zahrievaní spájkovačkou. Prenos určitého množstva tepla do telesa vedie k zmene jeho stavu agregácie.

Prečo sa pevná látka stáva tekutou?

Zahrievanie pevného telesa vedie k zvýšeniu kinetickej energie atómov a molekúl, ktoré sa za normálnych teplôt nachádzajú zreteľne v uzloch kryštálovej mriežky, čo umožňuje telesu zachovať si stály tvar a veľkosť. Keď sa dosiahnu určité kritické hodnoty rýchlosti, atómy a molekuly začnú opúšťať svoje miesta, prerušia sa väzby, telo začne strácať svoj tvar - stáva sa tekutým. Proces tavenia neprebieha náhle, ale postupne, takže po určitú dobu sú pevné a kvapalné zložky (fázy) v rovnováhe. Topenie sa týka endotermických procesov, to znamená tých, ktoré sa vyskytujú pri absorpcii tepla. Opačný proces, keď kvapalina tuhne, sa nazýva kryštalizácia.

Ryža. 1. Prechod tuhého, kryštalického skupenstva hmoty do kvapalná fáza.

Zistilo sa, že až do konca procesu tavenia sa teplota nemení, hoci teplo je neustále dodávané. Neexistuje tu žiadny rozpor, pretože prichádzajúca energia počas tohto časového obdobia sa vynakladá na rozbitie kryštalických väzieb mriežky. Po zničení všetkých väzieb sa prílevom tepla zvýši kinetická energia molekúl a následne začne stúpať teplota.

Ryža. 2. Graf telesnej teploty versus čas zahrievania.

Stanovenie špecifického tepla topenia

Špecifické teplo topenia (označenie - grécke písmeno „lambda“ - λ) je fyzikálna veličina rovnajúca sa množstvu tepla (v jouloch), ktoré sa musí odovzdať pevné telo s hmotnosťou 1 kg, aby sa úplne preniesla do kvapalnej fázy. Vzorec pre špecifické teplo topenia vyzerá takto:

$$ λ =(Q \over m)$$

m je hmotnosť taviacej sa látky;

Q je množstvo tepla odovzdaného látke počas topenia.

Hodnoty pre rôzne látky sa určujú experimentálne.

Keď poznáme λ, môžeme vypočítať množstvo tepla, ktoré sa musí odovzdať telesu s hmotnosťou m, aby sa úplne roztopilo:

V akých jednotkách sa meria špecifické teplo topenia?

Špecifické teplo topenia v SI (medzinárodný systém) sa meria v jouloch na kilogram, J/kg. Pre niektoré úlohy sa používa nesystémová jednotka merania - kilokalórie na kilogram, kcal / kg. Pamätajte, že 1 kcal = 4,1868 J.

Špecifické teplo topenia určitých látok

Informácie o špecifických tepelných hodnotách pre konkrétnu látku možno nájsť v referenčných knihách alebo v elektronické verzie na internetových zdrojoch. Zvyčajne sú prezentované vo forme tabuľky:

Špecifické teplo topenia látok

Jednou z najviac žiaruvzdorných látok je karbid tantalu – TaC. Taví sa pri teplote 3990 0 C. Povlaky TаC sa používajú na ochranu kovových foriem, v ktorých sa odlievajú hliníkové diely.

Ryža. 3. Proces tavenia kovov.

Čo sme sa naučili?

Dozvedeli sme sa, že prechod z pevnej látky na kvapalinu sa nazýva topenie. K topeniu dochádza prenosom tepla na pevnú látku. Merné teplo topenia ukazuje, koľko tepla (energie) potrebuje tuhá látka s hmotnosťou 1 kg na jej premenu do kvapalného skupenstva.

Test na danú tému

Vyhodnotenie správy

Priemerné hodnotenie: 4.7. Celkový počet získaných hodnotení: 217.