Specifična talilna toplota različnih snovi. Specifična talilna toplota Specifična talilna toplota ledu je

Videli smo, da se posoda z ledom in vodo, ki jo prinesemo v toplo sobo, ne segreje, dokler se ves led ne stopi. V tem primeru dobimo vodo iz ledu pri enaki temperaturi. V tem času toplota teče v mešanico ledu in vode in posledično se poveča notranja energija te mešanice. Iz tega moramo sklepati, da je notranja energija vode pri večja od notranje energije ledu pri enaki temperaturi. Ker je kinetična energija molekul, vode in ledu enaka, je povečanje notranje energije med taljenjem povečanje potencialne energije molekul.

Izkušnje kažejo, da zgoraj navedeno velja za vse kristale. Pri taljenju kristala je potrebno nenehno povečevati notranjo energijo sistema, temperatura kristala in taline pa ostaja nespremenjena. Običajno pride do povečanja notranje energije, ko se določena količina toplote prenese na kristal. Isti cilj lahko dosežemo z delom, na primer s trenjem. Torej je notranja energija taline vedno večja od notranje energije iste mase kristalov pri isti temperaturi. To pomeni, da urejena razporeditev delcev (v kristalnem stanju) ustreza nižji energiji kot neurejena razporeditev (v talini).

Količina toplote, ki je potrebna za pretvorbo enote mase kristala v talino enake temperature, se imenuje specifična toplota taljenja kristala. Izražena je v joulih na kilogram.

Ko se snov strdi, se talilna toplota sprosti in prenese na okoliška telesa.

Določanje specifične talilne toplote ognjevarnih teles (teles z visokim tališčem) ni lahka naloga. Specifično talilno toploto kristala z nizkim tališčem, kot je led, je mogoče določiti s kalorimetrom. Ko v kalorimeter nalijemo določeno količino vode določene temperature in vanjo vržemo znano maso ledu, ki se je že začela topiti, t.j. ima temperaturo, počakamo, da se ves led stopi in temperatura vode v kalorimeter zavzame konstantno vrednost. S pomočjo zakona o ohranitvi energije bomo sestavili enačbo toplotne bilance (§ 209), ki nam omogoča določitev specifične toplote taljenja ledu.

Naj bo masa vode (vključno z vodnim ekvivalentom kalorimetra) enaka masi ledu - , specifični toplotni kapaciteti vode - , začetni temperaturi vode - , končni temperaturi - , specifični toploti taljenja ledu - . Enačba toplotne bilance ima obliko

.

V tabeli Tabela 16 prikazuje specifično talilno toploto nekaterih snovi. Omembe vredna je visoka toplota taljenja ledu. Ta okoliščina je zelo pomembna, saj upočasnjuje taljenje ledu v naravi. Če bi bila specifična talilna toplota veliko nižja, bi bile spomladanske poplave večkrat močnejše. Če poznamo specifično talilno toploto, lahko izračunamo, koliko toplote je potrebno za taljenje katerega koli telesa. Če je telo že segreto do tališča, potem je treba toploto porabiti samo za taljenje. Če ima temperaturo pod tališčem, potem morate še vedno porabiti toploto za ogrevanje.

Tabela 16.

Snov		Snov

V tej lekciji bomo preučevali koncept "specifične talilne toplote". Ta vrednost označuje količino toplote, ki jo je treba pripisati 1 kg snovi pri njenem tališču, da preide iz trdnega v tekoče stanje (ali obratno).

Preučili bomo formulo za iskanje količine toplote, ki je potrebna za taljenje (ali se sprosti 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 z dodajanjem toplote poveča notranja energija telesa. Hkrati vemo, da lahko notranjo energijo telesa označimo s takšnim konceptom, kot je temperatura. Kot že vemo, se temperatura med taljenjem 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. Obratni proces je podoben: med kristalizacijo se molekule snovi združijo v en sam sistem, odvečna energija pa se oddaja in absorbira v zunanje okolje.

Kot rezultat različnih poskusov je bilo mogoče ugotoviti, da ista snov potrebuje različne količine toplote, da jo pretvori 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.

Označena je s specifično talilno toploto (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 talilna toplota ledu:

. Ali specifična talilna toplota železa:

.

Dejstvo, da se je izkazalo, da je specifična talilna toplota ledu večja od specifične talilne toplote 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, ki vključujejo segrevanje in taljenje 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

V prejšnjem odstavku smo si ogledali 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 tudi med procesom taljenja led dobiva energijo iz goriva, ki gori v grelniku. In iz zakona o ohranitvi energije sledi, da ne more izginiti. Za kaj se porabi energija 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 gibanja 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 do tališča, se poruši vrstni red v razporeditvi delcev v kristalih. Kristali izgubijo svojo obliko. Snov se topi in prehaja 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 so potrebne različne količine toplote za pretvorbo različnih kristalnih snovi enake mase v tekočino pri tališču.

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

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

Specifična talilna toplota se določi eksperimentalno. Tako je bilo ugotovljeno, da je specifična talilna toplota ledu 3,4 10 5 -. To pomeni, da je za pretvorbo kosa ledu, ki tehta 1 kg, vzetega pri 0 °C, v vodo enake temperature potrebno 3,4 10 5 J energije. In za taljenje bloka svinca, ki tehta 1 kg, pri talilni temperaturi, boste morali porabiti 2,5 10 4 J energije.

Posledično 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 pri strjevanju kristalinične snovi sprosti natanko enaka količina toplote, kot jo absorbira pri taljenju. Ko se torej voda, ki tehta 1 kg, strdi pri temperaturi 0 °C, se sprosti količina toplote, ki je enaka 3,4 10 5 J. Točno toliko toplote je potrebno 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 držijo počasne molekule blizu druga drugi. Posledično postane razporeditev delcev urejena – nastane kristal. Energija, ki se sprosti med kristalizacijo, se porabi 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 centrov, okoli 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

Notranja energija telesa se zmanjša.

Primer. Za pripravo čaja je turist v lonec dal 2 kg ledu s temperaturo 0 °C. Kolikšna količina toplote je potrebna, da se ta led spremeni v vrelo vodo pri temperaturi 100 °C? Energija, porabljena za ogrevanje kotla, se ne upošteva.

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

Zapišimo pogoje naloge in jo rešimo.

Vprašanja

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

vaja 12

telovadba

1. Na kuhalnik pristavimo 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. Napišite kratko poročilo o svoji izkušnji in razložite rezultate.
2. Preberite odstavek »Amorfna telesa. Taljenje amorfnih teles." Pripravi poročilo o tem.

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

Sposobnost taljenja se nanaša na fizične 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). Predpostavimo lahko, da ima helij najnižje tališče: pri normalnem tlaku ostane tekoč pri poljubno nizkih temperaturah.

Mnoge snovi pri normalnem tlaku nimajo tekoče faze. Segrevajo se takoj spremenijo v plinasto stanje.

Slika 9 - Taljenje ledu

Kristalizacija je proces faznega prehoda snovi iz tekočega 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 kemijska sestava, struktura in lastnosti snovi nenadoma spremenijo.

Slika 10 - Kristalizacija vode s tvorbo ledu

Kristalizacija je postopek izolacije 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 - kristalizacijskih centrov. Kristali rastejo s pritrjevanjem atomov ali molekul iz tekočine ali pare. Rast kristalnih ploskev poteka plast za plastjo; robovi nepopolnih atomskih plasti (stopenj) se premikajo vzdolž ploskve, ko rastejo. Odvisnost hitrosti rasti od pogojev kristalizacije vodi do različnih rastnih oblik in kristalnih struktur (poliedrične, lamelne, igličaste, skeletne, dendritične in druge oblike, svinčnikove strukture itd.). Med procesom 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) - količina toplote, ki jo je treba pripisati eni masni enoti kristalne snovi v ravnotežnem izobarično-izotermnem procesu, da se da ga iz trdnega (kristalnega) stanja prenese v tekoče (takrat 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 obratni proces kondenzacija (prehod iz parnega stanja v tekoče stanje. Izhlapevanje (vaporizacija), prehod snovi iz kondenzirane (trdne ali tekoče) faze v plinasto (paro); fazni prehod prvega reda.

V višji fiziki je bolj razvit koncept izhlapevanja

Izhlapevanje je proces, pri katerem delci (molekule, atomi) odletijo (odlomijo se) s površine tekočine ali trdne snovi, pri čemer je Ek > Ep.

Slika 11 - Izhlapevanje nad skodelico čaja

Specifična toplota izparevanja (uparjanje) (L) -- fizikalna količina, ki prikazuje količino toplote, ki jo je treba prenesti na 1 kg snovi, vzete pri vrelišču, da bi prešla iz tekočega v plinasto stanje. Specifična toplota izparevanja se meri v J/kg.

Vretje je proces uparjanja v tekočini (prehod snovi iz tekočega v plinasto stanje), s pojavom faznih ločilnih meja. Vrelišče pri atmosferskem tlaku je običajno podano kot ena glavnih fizikalno-kemijskih značilnosti kemično čiste snovi.

Vretje je fazni prehod prvega reda. Vretje poteka veliko intenzivneje kot izhlapevanje s površine, zaradi nastajanja centrov uparjanja, ki jih določata tako dosežena temperatura vrelišča kot prisotnost nečistoč.

Na proces nastajanja mehurčkov lahko vplivamo s pritiskom, zvočnimi valovi in ​​ionizacijo. Predvsem na principu vrenja mikrovolumenov tekočine iz ionizacije med prehodom nabitih delcev deluje komora z mehurčki.

Slika 12 - Vrela voda

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

V fiziki je taljenje prehod snovi iz trdnega v tekoče stanje. Klasična primera procesa taljenja sta taljenje ledu in pretvorba trdnega kosa kositra v tekočo spajko, ko se segreje s spajkalnikom. Prenos določene količine toplote na telo povzroči spremembo njegovega agregatnega stanja.

Zakaj trdna snov postane tekoča?

Ogrevanje trdnega telesa vodi do povečanja kinetične energije atomov in molekul, ki se pri normalnih temperaturah jasno nahajajo na vozliščih kristalne mreže, kar telesu omogoča, da ohrani konstantno obliko in velikost. Ko so dosežene določene kritične vrednosti hitrosti, začnejo atomi in molekule zapuščati svoja mesta, vezi se zlomijo, telo začne izgubljati obliko - postane tekoče. Proces taljenja ne poteka sunkovito, ampak postopoma, tako da sta trdna in tekoča komponenta (faza) nekaj časa v ravnovesju. Taljenje se nanaša na endotermne procese, to je tiste, ki nastanejo z absorpcijo toplote. Nasprotni proces, ko se tekočina strdi, imenujemo kristalizacija.

riž. 1. Prehod trdnega, kristalnega stanja snovi v tekoča faza.

Ugotovljeno je bilo, da se do konca procesa taljenja temperatura ne spremeni, čeprav se toplota nenehno dovaja. Tu ni protislovja, saj se dohodna energija v tem času porabi za prekinitev kristalnih vezi mreže. Po uničenju vseh vezi bo dotok toplote povečal kinetično energijo molekul in posledično se bo temperatura začela dvigovati.

riž. 2. Graf odvisnosti telesne temperature od časa ogrevanja.

Določanje specifične talilne toplote

Specifična talilna toplota (oznaka - grška črka "lambda" - λ) je fizikalna količina, ki je enaka količini toplote (v joulih), ki jo je treba prenesti trdno telo s težo 1 kg, da popolnoma preide v tekočo fazo. Formula za specifično talilno toploto izgleda takole:

$$ λ =(Q \nad m)$$

m je masa talilne snovi;

Q je količina toplote, ki se med taljenjem prenese na snov.

Vrednosti za različne snovi se določijo eksperimentalno.

Če poznamo λ, lahko izračunamo količino toplote, ki jo je treba predati telesu z maso m za popolno taljenje:

V katerih enotah se meri specifična talilna toplota?

Specifična talilna toplota v SI (mednarodnem sistemu) se meri v joulih na kilogram, J/kg. Za nekatere naloge se uporablja nesistemska merska enota - kilokalorija na kilogram, kcal / kg. Spomnimo se, da je 1 kcal = 4,1868 J.

Specifična talilna toplota nekaterih snovi

Podatke o specifičnih toplotnih vrednostih za določeno snov najdete v referenčnih knjigah ali v elektronske različice na internetnih virih. Običajno so predstavljeni v obliki tabele:

Specifična talilna toplota snovi

Ena najbolj ognjevzdržnih snovi je tantalov karbid - TaC. Tali se pri temperaturi 3990 0 C. TаC premazi se uporabljajo za zaščito kovinskih kalupov, v katere se vlivajo aluminijasti deli.

riž. 3. Postopek taljenja kovine.

Kaj smo se naučili?

Izvedeli smo, da prehod iz trdnega v tekoče imenujemo taljenje. Taljenje poteka s prenosom toplote na trdno snov. Specifična talilna toplota pove, koliko toplote (energije) potrebuje trdna snov z maso 1 kg, da preide v tekoče stanje.

Test na temo

Ocena poročila

Povprečna ocena: 4.7. Skupaj prejetih ocen: 217.