Căldura specifică de cristalizare a staniului. Care este căldura specifică cristalizării? De ce un solid devine lichid

28.03.2020

Se numește trecerea unei substanțe de la o stare cristalină solidă la un lichid topire. Pentru a topi un corp cristalin solid, acesta trebuie încălzit la o anumită temperatură, adică trebuie furnizată căldură.Se numește temperatura la care se topește o substanțăpunctul de topire al substanței.

Procesul invers - trecerea de la un lichid la o stare solidă - are loc cu o scădere a temperaturii, adică se elimină căldura. Trecerea unei substanțe de la un lichid la o stare solidă se numeștesolidificare , sau cristallizare . Se numește temperatura la care cristalizează o substanțătemperatura cristaluluizări .

Experiența arată că orice substanță cristalizează și se topește la aceeași temperatură.

Figura arată un grafic al dependenței temperaturii corpului cristalin (gheață) de timpul de încălzire (din punctul ȘI până la punctul D)și timpul de răcire (de la punctul Dpână la punctul K). Timpul este reprezentat pe axa orizontală, iar temperatura este reprezentată pe axa verticală.

Graficul arată că observarea procesului a început din momentul în care temperatura gheții a fost de -40 ° C sau, după cum se spune, temperatura din momentul inițial al timpului t din timp \u003d -40 ° C (punct ȘIpe grafic). Cu o încălzire suplimentară, temperatura gheții crește (în grafic aceasta este o secțiune AB). Temperatura crește la 0 ° C - punctul de topire al gheții. La 0 ° C, gheața începe să se topească, iar temperatura sa încetează să crească. Pe parcursul întregului timp de topire (adică până când toata gheața s-a topit) temperatura gheaței nu se schimbă, deși arzătorul continuă să ardă și, prin urmare, este furnizată căldură. Procesul de topire corespunde secțiunii orizontale a graficului Soare . Numai după ce toată gheața s-a topit și s-a transformat în apă, temperatura începe să crească din nou (secțiunea CD). După ce temperatura apei atinge +40 ° C, arzătorul se stinge și apa începe să se răcească, adică se elimină căldura (pentru aceasta, puteți plasa un vas cu apă într-un alt vas mai mare cu gheață). Temperatura apei începe să scadă (secțiunea DE). Când temperatura ajunge la 0 ° C, temperatura apei încetează să scadă, în ciuda faptului că căldura este încă îndepărtată. Acesta este procesul de cristalizare a apei - formarea gheții (secțiunea orizontală EF). Până când toată apa se transformă în gheață, temperatura nu se va schimba. Abia după aceasta, temperatura gheții începe să scadă (secțiunea FK).

Vederea graficului considerat este explicată după cum urmează. Locație activată ABdatorită căldurii furnizate, energia cinetică medie a moleculelor de gheață crește, iar temperatura acesteia crește. Locație activată Soaretoată energia primită de conținutul balonului este cheltuită pentru distrugerea rețelei de cristal a gheții: dispunerea spațială ordonată a moleculelor sale este înlocuită cu altele dezordonate, distanța dintre molecule se schimbă, adică există o rearanjare a moleculelor în așa fel încât substanța să devină lichidă. În acest caz, energia cinetică medie a moleculelor nu se modifică; prin urmare, temperatura rămâne neschimbată. O creștere suplimentară a temperaturii apei cu gheață topită (în zonă CD) înseamnă o creștere a energiei cinetice a moleculelor de apă datorită căldurii furnizate de arzător.

La răcirea apei (secțiunea DE) o parte din energie este preluată din ea, moleculele de apă se mișcă la viteze mai mici, energia cinetică medie a acestora scade - temperatura scade, apa se răcește. La 0 ° С (secțiune orizontală EF) moleculele încep să se alinieze într-o anumită ordine, formând o rețea de cristal. Până la finalizarea acestui proces, temperatura substanței nu se va schimba, în ciuda căldurii îndepărtate, ceea ce înseamnă că atunci când se solidifică, lichidul (apa) eliberează energie. Aceasta este exact energia pe care gheața a absorbit-o, transformându-se într-un lichid (secțiunea Soare). Energia internă a unui lichid este mai mare decât cea a unui solid. Când se topește (și cristalizează), energia internă a corpului se schimbă brusc.

Se numesc metale care se topesc la temperaturi peste 1650 ºС refractar (titan, crom, molibden etc.). Cel mai înalt punct de topire dintre acestea este pentru tungsten - aproximativ 3400 ° C. Metalele refractare și compușii lor sunt folosiți ca materiale rezistente la căldură în construcția de aeronave, rachete și tehnologii spațiale și energie nucleară.

Să subliniem încă o dată că la topire, materia absoarbe energia. În timpul cristalizării, dimpotrivă, o dă mediu inconjurator... Primind o anumită cantitate de căldură eliberată în timpul cristalizării, mediul se încălzește. Acest lucru este bine cunoscut de multe păsări. Nu cu mult timp în urmă pot fi văzuți iarna pe vreme geroasă, așezate pe gheața care acoperă râurile și lacurile. Datorită eliberării de energie în timpul formării gheții, aerul de deasupra ei este cu câteva grade mai cald decât în \u200b\u200bpădure în copaci, iar păsările folosesc acest lucru.

Topirea substanțelor amorfe.

Prezența unui anume punct de topire Este o caracteristică importantă a substanțelor cristaline. Pe această bază se pot distinge cu ușurință de corpurile amorfe, care sunt denumite și solide. Acestea includ, în special, pahare, rășini foarte vâscoase, materiale plastice.

Substanțe amorfe (spre deosebire de cele cristaline) nu au un anumit punct de topire - nu se topesc, ci se înmoaie. Când este încălzită, o bucată de sticlă, de exemplu, devine mai moale din greu, poate fi ușor îndoită sau întinsă; la o temperatură mai ridicată, piesa începe să-și schimbe forma sub influența propriei sale gravitații. Pe măsură ce se încălzește, masa vâscoasă groasă ia forma vasului în care se află. Această masă este la început groasă, ca mierea, apoi ca smântâna și, în cele din urmă, devine aproape același lichid cu viscozitate scăzută ca și apa. Cu toate acestea, este imposibil să se indice o temperatură definită a tranziției unui solid la un lichid, deoarece nu există.

Motivele pentru aceasta stau în diferența fundamentală dintre structura corpurilor amorfe și structura celor cristaline. Atomii din corpurile amorfe sunt aranjați aleatoriu. Corpurile amorfe au o structură similară lichidelor. Deja în sticlă solidă, atomii sunt aranjați aleatoriu. Aceasta înseamnă că o creștere a temperaturii sticlei crește doar gama de oscilații a moleculelor sale, le conferă treptat o libertate de mișcare din ce în ce mai mare. Prin urmare, sticla se înmoaie treptat și nu prezintă o tranziție ascuțită "solid-lichid", caracteristică tranziției de la dispunerea moleculelor într-o ordine strictă la una dezordonată.

Căldura de fuziune.

Căldura de fuziune Este cantitatea de căldură care trebuie transmisă unei substanțe la presiune constantă și temperatură constantă egală cu punctul de topire pentru a o transfera complet dintr-o stare cristalină solidă într-un lichid. Căldura de fuziune este egală cu cantitatea de căldură care este eliberată în timpul cristalizării unei substanțe dintr-o stare lichidă. Când se topește, toată căldura furnizată substanței crește energia potențială a moleculelor sale. Energia cinetică nu se schimbă deoarece topirea are loc la o temperatură constantă.

Studiind experimental topirea diferitelor substanțe din aceeași masă, se poate observa că sunt necesare cantități diferite de căldură pentru a le transforma într-un lichid. De exemplu, pentru a topi un kilogram de gheață, trebuie să cheltuiți 332 J de energie și pentru a topi 1 kg de plumb - 25 kJ.

Cantitatea de căldură degajată de organism este considerată negativă. Prin urmare, atunci când se calculează cantitatea de căldură eliberată în timpul cristalizării unei substanțe cu o masă m, ar trebui să utilizați aceeași formulă, dar cu un semn minus:

Căldura de ardere.

Căldura de ardere (sau valoare calorica, conținut caloric) Este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a combustibilului.

Pentru a încălzi corpurile, se folosește adesea energia eliberată în timpul arderii combustibilului. Combustibilii obișnuiți (cărbune, petrol, benzină) conțin carbon. Când ard, atomii de carbon se combină cu atomii de oxigen din aer, rezultând formarea moleculelor de dioxid de carbon. Energia cinetică a acestor molecule se dovedește a fi mai mare decât cea a particulelor originale. Creșterea energiei cinetice a moleculelor în timpul arderii se numește eliberare de energie. Energia eliberată în timpul arderii complete a combustibilului este căldura de ardere a acestui combustibil.

Căldura de ardere a combustibilului depinde de tipul de combustibil și de greutatea acestuia. Cu cât masa combustibilului este mai mare, cu atât este mai mare cantitatea de căldură degajată în timpul arderii sale complete.

Se numește cantitatea fizică care arată cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a combustibilului care cântărește 1 kg căldura specifică de ardere a combustibilului.Puterea calorică specifică este indicată de scrisoareq și se măsoară în jouli pe kilogram (J / kg).

Cantitatea de căldură Îarderea emisă m kg de combustibil, determinat de formula:

Pentru a găsi cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a combustibilului cu masă arbitrară, trebuie să multiplicați căldura specifică de ardere a acestui combustibil cu masa acestuia.

Se numește energia pe care un corp o primește sau o pierde în timpul transferului de căldură cantitatea de căldură.Cantitatea de căldură depinde de greutatea corporală, de diferența de temperatură a corpului și de tipul de substanță.

[Q] \u003d J sau calorii

1 cal - aceasta este cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 g de apă la 1 o C.

Căldura specifică - o cantitate fizică egală cu cantitatea de căldură care trebuie transferată unui corp cu o greutate de 1 kg pentru ca temperatura sa să se schimbe cu 1 o C.

[C] \u003d J / kg o C

Capacitatea specifică de căldură a apei este de 4200 J / kg o C. Aceasta înseamnă că 4200 J de căldură trebuie cheltuite pentru a încălzi apa cu o greutate de 1 kg cu 1 o C.

Capacitatea termică specifică a unei substanțe în diferite stări de agregare este diferită. Deci, capacitatea termică a gheții este de 2100 J / kg o C. Capacitatea termică specifică a apei este cea mai mare. În acest sens, apa din mări și oceane, când este încălzită vara, absoarbe o cantitate mare de căldură. Iarna, apa se răcește și degajă o cantitate mare de căldură. Prin urmare, în zonele situate în apropierea corpurilor de apă, nu este foarte cald vara și foarte frig iarna. Datorită capacității sale termice ridicate, apa este utilizată pe scară largă în tehnologie și în viața de zi cu zi. De exemplu, în sistemele de încălzire ale caselor, la răcirea pieselor în timpul prelucrării lor pe mașini-unelte, medicamente (tampoane de încălzire) etc.

Odată cu creșterea temperaturii solidelor și lichidelor, energia cinetică a particulelor lor crește: încep să oscileze la o viteză mai mare. La o anumită temperatură, care este destul de definită pentru o anumită substanță, forțele de atracție dintre particule nu mai sunt capabile să le mențină la nodurile rețelei de cristal (ordinea pe distanțe lungi se transformă în ordinea pe termen scurt), iar cristalul începe să se topească, adică substanța începe să treacă în stare lichida.

Topire – procesul de tranziție al unei substanțe de la o stare solidă la una lichidă.

Întărire (cristalizare)– procesul de tranziție al unei substanțe de la un lichid la o stare solidă.

În timpul procesului de topire, temperatura cristalului rămâne constantă. Această temperatură se numește punct de topire... Fiecare substanță are propriul său punct de topire. Găsiți lângă masă.

Constanța temperaturii în timpul topirii are o mare importanță practică, deoarece vă permite să calibrați termometre, să fabricați siguranțe și indicatoare care se topesc la o temperatură strict specificată. Cunoașterea punctului de topire a diferitelor substanțe este importantă și din punct de vedere pur gospodăresc: în caz contrar, cine poate garanta că această cratiță sau tigaie nu se va topi pe focul unui arzător cu gaz?

Punctul de topire și temperatura sa de solidificare egală - trăsătură caracteristică substanțe. Mercurul se topește și se solidifică la o temperatură de -39 ° C, prin urmare, termometrele cu mercur nu sunt utilizate în nordul îndepărtat. În loc de termometre cu mercur, la aceste latitudini (-114 o C) se folosesc termometre cu alcool. Cel mai refractar metal este tungstenul (3420 ° C).

Cantitatea de căldură necesară pentru topirea unei substanțe este determinată de formula:

Unde m este masa substanței, este căldura specifică de fuziune.

J / kg

Căldură specifică de fuziune - o astfel de cantitate de căldură care este necesară pentru a topi 1 kg dintr-o substanță luată la punctul de topire. Fiecare substanță are propria ei. Se găsește lângă masă.

Punctul de topire al unei substanțe depinde de presiune. Pentru substanțele al căror volum crește în timpul topirii, o creștere a presiunii crește punctul de topire și invers. În apă, volumul scade în timpul topirii și, atunci când crește presiunea, gheața se topește la o temperatură mai scăzută.

Numărul biletului 14

În această lecție, vom explora conceptul de „căldură specifică de fuziune”. Această valoare caracterizează cantitatea de căldură care trebuie transmisă 1 kg de substanță la punctul de topire, astfel încât să treacă de la o stare solidă la un lichid (sau invers).

Vom studia formula pentru a găsi cantitatea de căldură necesară pentru topirea (sau eliberarea în timpul cristalizării) unei substanțe.

Subiect: Starea de agregare a materiei

Lecția: Căldura specifică a fuziunii

Această lecție este dedicată caracteristicii principale a topirii (cristalizării) unei substanțe - căldura specifică de fuziune.

În ultima lecție, am ridicat întrebarea: cum se schimbă energia internă a unui corp în timpul topirii?

Am aflat că atunci când este furnizată căldură, energia internă a corpului crește. În același timp, știm că energia internă a unui corp poate fi caracterizată printr-un astfel de concept ca temperatura. După cum știm deja, temperatura nu se schimbă în timpul topirii. Prin urmare, poate apărea o suspiciune că avem de-a face cu un paradox: energia internă crește, dar temperatura nu se schimbă.

Explicația acestui fapt este destul de simplă: toată energia este cheltuită pentru distrugerea rețelei de cristal. În mod similar, în procesul invers: în timpul cristalizării, moleculele unei substanțe sunt combinate într-un singur sistem, în timp ce excesul de energie este renunțat și absorbit de mediul extern.

Ca rezultat al diverselor experimente, a fost posibil să se stabilească faptul că pentru aceeași substanță este necesară o cantitate diferită de căldură pentru a o transfera dintr-o stare solidă într-o stare lichidă.

Apoi s-a decis compararea acestor cantități de căldură cu aceeași masă de materie. Acest lucru a dus la apariția unei astfel de caracteristici precum căldura specifică de fuziune.

Definiție

Căldura specifică de fuziune - cantitatea de căldură care trebuie comunicată la 1 kg dintr-o substanță încălzită până la punctul de topire pentru a o transfera dintr-o stare solidă într-o stare lichidă.

Aceeași valoare este eliberată în timpul cristalizării a 1 kg de substanță.

Este indicată căldura specifică de fuziune (litera greacă, citită ca "lambda" sau "lambda").

Unități:. În acest caz, nu există temperatură în dimensiune, deoarece temperatura nu se schimbă în timpul topirii (cristalizare).

Pentru a calcula cantitatea de căldură necesară pentru topirea unei substanțe, utilizați formula:

Cantitatea de căldură (J);

Căldura specifică de fuziune (care este căutată de la masă;

Masa substanței.

Când corpul cristalizează, este scris cu semnul „-”, pe măsură ce se eliberează căldură.

Un exemplu este căldura specifică a topirii gheții:

... Sau căldura specifică de fuziune a fierului:

Faptul că căldura specifică de topire a gheții este mai mare decât căldura specifică de topire a fierului nu ar trebui să fie surprinzător. Cantitatea de căldură de care o anumită substanță are nevoie pentru a se topi depinde de caracteristicile substanței, în special de energia legăturilor dintre particulele acestei substanțe.

În această lecție, ne-am uitat la conceptul de căldură specifică de fuziune.

În lecția următoare, vom învăța cum să rezolvăm problemele legate de încălzirea și topirea corpurilor cristaline.

Bibliografie

Gendenshtein L. E, Kaidalov A.B., Kozhevnikov VB Physics 8 / Ed. Orlova V.A., Royzen I.I. - M.: Mnemosyne.
Peryshkin A.V. Physics 8. - M.: Bustard, 2010.
Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizică 8. - M.: Educație.

Fizică, mecanică etc. ().
Fizică cool ().
Portalul de internet Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

Teme pentru acasă

Energia pe care corpul o primește sau o pierde în timpul transferului de căldură se numește cantitatea de căldură. Este desemnat prin litera Q și se măsoară în jouli (J).

Cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea corpului (sau eliberată de acesta când se răcește),
depinde de tipul de substanță din care constă, de masa acestui corp și de modificarea temperaturii sale.

Pentru a calcula cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unui corp sau emisă de acesta în timpul răcirii, trebuie să multiplicați căldura specifică a unei substanțe cu masa corpului și cu diferența dintre temperaturile sale mai ridicate și cele mai scăzute.

Unde cu - căldura specifică dintr-o substanță dată, m este masa sa, t 1 este temperatura inițială a corpului, t 2 este temperatura sa finală.

O cantitate fizică care arată cantitatea de căldură necesară pentru a schimba temperatura unui corp dintr-o anumită substanță care cântărește 1 kg la 1 ° C se numește capacitate termică specifică. Măsurată în J / (kg · ºС).

De regulă, metalele au o căldură specifică scăzută, deci se încălzesc rapid și se răcesc rapid.

Trecerea unei substanțe de la o stare solidă la una lichidă se numește topire. Temperatura la care se topește o substanță se numește punctul de topire a substanței. Trecerea unei substanțe de la un lichid la o stare solidă se numește solidificare sau cristalizare. Temperatura la care o substanță se solidifică (cristalizează) se numește temperatura de solidificare sau cristalizare. Substanțele se solidifică la aceeași temperatură la care se topesc. Punctele de topire și cristalizare depind de presiunea atmosferică: cu cât este mai mare presiunea, cu atât este mai mare punctul de topire. Prin urmare, în tabel, valorile punctului de topire sunt date la presiunea atmosferică normală.

Cantitatea fizică care arată cât de multă căldură trebuie să fie conferită unui corp cristalin cu o greutate de 1 kg pentru a o transfera complet într-o stare lichidă la temperatura de topire se numește căldura specifică de fuziune. Este desemnat prin litera λ și se măsoară în J / kg.

Cantitatea de căldură necesară pentru topirea unei substanțe de masă m luată la temperatura de topire este calculată prin formula: Q \u003d λ · m.

Pentru a calcula cantitatea de căldură în aceste procese, valorile cantităților specifice sunt date în tabele.

Procesul de topire are loc întotdeauna când energia este absorbită, procesul opus este atunci când energia este eliberată. În acest caz, deoarece temperatura rămâne constantă în timpul procesului de topire, energia cinetică medie a mișcării haotice a moleculelor nu se schimbă, energia potențială a interacțiunii lor se schimbă.

interacțiunea moleculară.

Într-un vas încălzit, gheața și apa sunt prezente simultan - două stări de agregare ale aceleiași substanțe, până când toată gheața se topește. Mai mult, apa rezultată este încălzită. Deoarece capacitatea specifică de căldură a apei este mai mare decât capacitatea specifică de căldură a gheții, apa se încălzește mai lent, panta liniei este mai mică.