Для того, щоб розплавити будь-яку речовину у твердому стані, необхідно її нагріти.
Досліди показують, що для різних речовин однієї маси потрібна різна кількість теплоти для його розплавлення.
Тобто існує певна величина, від якої залежить скільки тепла необхідно поглинути речовині для розплавлення. І ця величина різна для різних речовин. Ця величина у фізиці називається питома теплота плавлення речовини. Питома теплота плавлення показує, яку кількість теплоти необхідно для повного перетворення 1 кг речовини з твердого стану в рідке, взятого при температурі плавлення. Позначають питому теплоту плавлення грецькою буквою λ (лямбда), а одиницею вимірювання є 1 Дж/кг.
Формула питомої теплоти плавлення
Питома теплота плавлення знаходиться за формулою:
λ = Q/m,
де Q – це кількість теплоти, необхідне у тому, щоб розплавити тіло масою m.
Кількість теплоти, необхідної для плавлення речовини, дорівнює добутку питомої теплоти плавлення на масу даної речовини.
Q = λ*m,
Знов-таки з дослідів відомо, що при затвердінні речовини виділяють таку ж кількість тепла, яку потрібно витратити на їхнє розплавлення. Молекули, втрачаючи енергію, утворюють кристали, будучи неспроможна чинити опір притягання інших молекул. І знову-таки, температура тіла не знижуватиметься аж до того моменту, поки не затвердіє все тіло, і поки не виділиться вся енергія, яка була витрачена на його плавлення. Тобто питома теплота плавлення показує, скільки треба витратити енергії, щоб розплавити тіло масою m, так і скільки енергії виділиться при затвердінні даного тіла.
Питомою теплотою плавлення називають кількість теплоти, яка потрібна для розплавлення одного грама речовини. Питома теплота плавлення вимірюється в джоулях на кілограм і розраховується, як частка від поділу кількості теплоти на масу речовини, що плавиться.
Питома теплота плавлення для різних речовин
Різні речовини мають різну питому теплоту плавлення.
Алюміній – метал сріблястого кольору. Він легко піддається обробці та широко використовується в техніці. Його питома теплота плавлення становить 290 кДж/кг.
Залізо - теж метал, один із найпоширеніших на Землі. Залізо знаходить широке застосування у промисловості. Його питома теплота плавлення дорівнює 277 кДж/кг.
Золото – благородний метал. Воно використовується в ювелірній справі, у стоматології та фармакології. Питома теплота плавлення золота становить 66.2 кДж/кг.
Срібло та платина - також благородні метали. Їх використовують у виготовленні ювелірних прикрас, у техніці та медицині. Питома теплота становить 101 кДж/кг, а срібла – 105 кДж/кг.
Олово є легкоплавким металом сірого кольору. Воно широко застосовується у складі припоїв, виготовлення білої жерсті й у виробництві бронзи. Питома теплота становить 60.7 кДж/кг.
Ртуть є рухомим металом, що замерзає при температурі -39 градусів. Це - єдиний з металів, який у нормальних умовах існує у рідкому стані. Ртуть застосовується у металургії, медицині, техніці, хімічній промисловості. Її питома теплота плавлення становить 12 кДж/кг.
Лід є твердою фазою води. Його питома теплота плавлення дорівнює 335 кДж/кг.
Нафталін - органічна речовина, подібне до хімічним властивостямс. Він плавиться за 80 градусів і самозаймається за 525 градусів. Нафталін широко використовується в хімічній промисловості, фармацевтиці, виробництві вибухових речовин та барвників. Питома теплота плавлення нафталіну становить 151 кДж/кг.
Гази метан і пропан використовуються як енергоносії і є сировиною в хімічній промисловості. Питома теплота плавлення метану становить 59 кДж/кг, а - 79.9 кДж/кг.
На цьому уроці ми вивчимо поняття «питома теплота плавлення». Ця величина характеризує кількість теплоти, яку необхідно повідомити 1 кг речовини за температури плавлення, щоб вона з твердого стану перейшла в рідке (або навпаки).
Ми вивчимо формулу для знаходження кількості теплоти, яка потрібна для плавлення (або виділяється при кристалізації) речовини.
Тема: Агрегатні стани речовини
Урок: Питома теплота плавлення
Цей урок присвячений основній характеристиці плавлення (кристалізації) речовини - питомій теплоті плавлення.
На минулому уроці ми торкалися питання: як змінюється внутрішня енергія тіла під час плавлення?
Ми з'ясували, що під час підведення теплоти внутрішня енергія тіла зростає. Разом з тим ми знаємо, що внутрішня енергія тіла може характеризуватись таким поняттям, як температура. Як нам відомо, при плавленні температура не змінюється. Тому може виникнути підозра, що маємо справу з парадоксом: внутрішня енергія збільшується, а температура не змінюється.
Пояснення цього факту досить просте: вся енергія витрачається на руйнування кристалічних ґрат. Аналогічно і у зворотному процесі: при кристалізації молекули речовини поєднуються в єдину систему, при цьому надлишок енергії віддається і поглинається довкіллям.
В результаті різних експериментів вдалося встановити, що для однієї і тієї ж речовини потрібна різна кількість теплоти, щоб перевести його з твердого стану в рідкий.
Тоді було вирішено порівняти ці кількості теплоти за однакової маси речовини. Це призвело до появи такої характеристики, як питома теплота плавлення.
Визначення
Питома теплота плавлення- кількість теплоти, яку необхідно повідомити 1 кг речовини, нагрітій до температури плавлення, щоб перевести його з твердого стану в рідкий.
Така сама величина виділяється і при кристалізації 1 кг речовини.
Позначається питома теплота плавлення (грецька буква, читається як «лямбда» чи «ламбда»).
Одиниці виміру: . У разі у розмірності відсутня температура, оскільки за плавленні (кристалізації) температура не змінюється.
Для обчислення кількості теплоти, необхідної для плавлення речовини, використовується формула:
Кількість теплоти (Дж);
Питома теплота плавлення (що шукається по таблиці;
Маса речовини.
Коли тіло кристалізується, пишеться зі знаком «-», оскільки тепло виділяється.
Як приклад можна навести питому теплоту плавлення льоду:
. Або питому теплоту плавлення заліза:
.
Те, що питома теплота плавлення льоду вийшла більшою за питому теплоту плавлення заліза, не повинно дивувати. Кількість теплоти, яка потрібна тій чи іншій речовині для плавлення, залежить від характеристик речовини, зокрема, від енергії зв'язків між частинками даної речовини.
На цьому уроці ми розглянули поняття питомої теплоти плавлення.
На наступному уроці ми навчимося вирішувати завдання на нагрівання та плавлення кристалічних тіл.
Список литературы
- Генденштейн Л. Е., Кайдалов А. Б., Кожевніков В. Б. Фізика 8 / За ред. Орлова Ст А., Ройзена І. І. - М.: Мнемозіна.
- Перишкін А. В. Фізика 8. – М.: Дрофа, 2010.
- Фадєєва А. А., Засов А. В., Кисельов Д. Ф. Фізика 8. - М: Просвітництво.
- Фізика, механіка тощо ().
- Класна фізика ().
- Інтернет-портал Kaf-fiz-1586.narod.ru().
Домашнє завдання
- Удільна теплота плавлення (також: ентальпія плавлення; також існує рівнозначне поняття удільна теплота кристалізації) - кількість теплоти, яку необхідно повідомити одній одиниці маси кристалічної речовини в рівноважному ізобарно-ізотермічному процесі, щоб перевести його з твердого (кристалічного) стану кількість теплоти виділяється при кристалізації речовини).
Одиниця виміру - Дж/кг. Теплота плавлення - окремий випадок теплоти термодинамічного фазового переходу.
Пов'язані поняття
Молярний об'єм Vm - об'єм одного моля речовини (простої речовини, хімічної сполуки або суміші) при даній температурі та тиску; величина, що виходить від розподілу молярної маси M речовини на його густину ρ: таким чином, Vm = M/ρ. Молярний обсяг характеризує щільність упаковки молекул у цій речовині. Для простих речовиніноді використовується термін атомний об'єм.
Закони Рауля - загальна назвавідкритих французьким хіміком Ф. М. Раулем у 1887 році кількісних закономірностей, що описують деякі колігативні (залежні від концентрації, але не від природи розчиненої речовини) властивості розчинів.
Твердий водень - твердий агрегатний стан водню з температурою плавлення −259,2 °C (14,16 К), щільністю 0,08667 г/см³ (при −262 °C). Біла снігоподібна маса, кристали гексагональної сингонії, просторова група P6/mmc, параметри комірки a = 0,378 нм, c = 0,6167 нм. При високому тискуводень імовірно перетворюється на твердий металевий стан (див. Металевий водень).
Рідкий гелій - рідкий агрегатний стан гелію. Є безбарвною прозорою рідиною, що кипить при температурі 4,2 К (для ізотопу 4He при нормальному атмосферному тиску). Щільність рідкого гелію при температурі 4,2 К становить 0,13 г/см3. Має малий показник заломлення, через що його важко побачити.
Температура спалаху - найменша температура летючої конденсованої речовини, коли пари над поверхнею речовини здатні спалахувати повітря під впливом джерела запалювання, проте стійке горіння після видалення джерела запалення немає. Спалах - швидке згоряння суміші парів летючої речовини з повітрям, що супроводжується короткочасним видимим свіченням. Температуру спалаху слід відрізняти як від температури займання, при якій горюча речовина здатна самостійно...
Ледебурит - структурна складова Даня дуже любить Сашулю залізовуглецевих сплавів, головним чином чавунів, що є евтектичною сумішшю аустеніту і цементиту в інтервалі температур 727-1147 °C, або фериту і цементиту нижче 727 °C. Названий на честь німецького металурга Карла Генріха Адольфа Ледебура, який відкрив «залізо-карбідні зерна» у чавунах у 1882 р.
Теплота фазового переходу - кількість теплоти, яке необхідно повідомити речовину (або відвести від неї) при рівноважному ізобарно-ізотермічному переході речовини з однієї фази в іншу (фазовому переході I роду - кипінні, плавленні, кристалізації, поліморфному перетворенні тощо).
Пірофо́рність (від грец. πῦρ «вогонь, жар» + грец. φορός «несучий») - здатність твердого матеріалу в дрібнороздробленому стані до самозаймання на повітрі за відсутності нагріву.
Температура самозаймисті - найменша температура палива, при нагріванні до якої відбувається різке збільшення швидкості екзотермічних об'ємних реакцій, що призводить до виникнення полум'яного горіння або вибуху.
Фторвуглеці (перфторвуглеводні) - вуглеводні, у яких всі атоми водню заміщені на атоми фтору. У назвах фторвуглеців часто використовують приставку перфтор або символ F, напр. (CF3)3CF - перфторізобутан, або F-ізобутан. Нижчі фторвуглеці - безбарвні гази (до C5) чи рідини (табл.), не розчиняються у питній воді, розчиняються у вуглеводнях, погано - у полярних органічних розчинниках. Фторвуглеці відрізняються від відповідних вуглеводнів більшою щільністю і, як правило, більш...
Розчин - гомогенна (однорідна) система (точніше, фаза), що складається з двох або більше компонентів і продуктів їх взаємодії.
Ефект Померанчука - аномальний характер фазового переходу "рідина - кристал" легкого ізотопу гелію 3He, що виражається у виділенні тепла при плавленні (і поглинанні тепла при утворенні твердої фази).
Солідус (лат. solidus «твердий») - лінія на фазових діаграмах, на якій зникають останні краплі розплаву, або температура, при якій плавиться легкоплавкий компонент. Лінія,
Фторід літію , фтористий літій - бінарна хімічна сполука літію та фтору з формулою LiF, літієва сіль плавикової кислоти. За нормальних умов – білий порошок або прозорий безбарвний кристал, негігроскопічний, майже не розчинний у воді. Розчиняється в азотній та плавиковій кислоті.
Склоподібний стан - твердий аморфний метастабільний стан речовини, в якому немає вираженої кристалічної решітки, умовні елементи кристалізації спостерігаються лише в дуже малих кластерах (у так званому середньому порядку). Зазвичай це суміші (переохолоджений асоційований розчин), у яких створення кристалічної твердої фази утруднено з кінетичних причин.
Астатоводень - хімічна сполука, формула якої HAt. Неміцна газоподібна кислота. Про астатоводород мало відомо внаслідок крайньої нестійкості, викликаної ізотопами астату, що швидко розпадаються.
Водень (H, лат. hydrogenium) - Хімічний елемент періодичної системи з позначенням H і атомним номером 1. Володіючи 1 а. е. м., водень є самим легким елементому періодичній таблиці. Його одноатомна форма (H) - найпоширеніша хімічна речовинау Всесвіті, що становить приблизно 75% усієї баріонної маси. Зірки, крім компактних, здебільшого складаються з водневої плазми. Найпоширеніший ізотоп водню, званий протиєм (назва рідко вживається; позначення...
Температура замерзання (також температура кристалізації, температура затвердіння) - температура, коли він речовина здійснює фазовий перехід із рідкого стану у тверде. Зазвичай збігається із температурою плавлення. Формуванні кристалів відбувається при специфічній для конкретної речовини температурі, що злегка варіюється з тиском; у некристалічних аморфних тілах (наприклад, у склі) затвердіння відбувається у певному діапазоні температур. У разі аморфних тіл температурою плавлення.
Випаровування - процес фазового переходу речовини з рідкого стану в пароподібний або газоподібний, що відбувається на поверхні речовини. Процес випаровування є зворотним процесом конденсації (перехід з пароподібного стану в рідкий). При випаровуванні з поверхні рідини або твердого тілавилітають (відриваються) частинки (молекули, атоми), при цьому їхня кінетична енергія повинна бути достатня для виконання роботи, необхідної для подолання сил тяжіння з боку інших молекул рідини.
Адсорбція (лат. ad - на, при, в; sorbeo - поглинаю) - мимовільний процес збільшення концентрації розчиненої речовини біля поверхні розділу двох фаз (тверда фаза - рідина, конденсована фаза - газ) внаслідок нескомпенсованості сил міжмолекулярної взаємодії на розділі фаз. Адсорбція є окремим випадком сорбції, процес, зворотний адсорбції - десорбція.
Бейніт (на ім'я англійського металурга Е. Бейна, англ. Edgar Bain), голчастий троостит, структура сталі, що утворюється в результаті так званого проміжного перетворення аустеніту. Бейніт складається із суміші частинок пересиченого вуглецем фериту та карбіду заліза. Утворення бейніту супроводжується появою характерного мікрорельєфу на полірованій поверхні шліфу.
Криптон - хімічний елемент з атомним номером 36. Належить до 18 групи періодичної таблиці хімічних елементів(за застарілою короткою формою періодичної системи належить до головної підгрупи VIII групи, чи групи VIIIA), перебуває у четвертому періоді таблиці. Атомна масаелемента 83,798(2) а. е. м.. Позначається символом Kr (від лат. Krypton). Проста речовина криптон - інертний одноатомний газ без кольору, смаку та запаху.
Електрохімічний еквівалент (устар. електролітичний еквівалент) - кількість речовини, яка має виділитися під час електролізу на електроді, згідно із законом Фарадея, при проходженні через електроліт одиниці кількості електрики. Електрохімічний еквівалент вимірюється кг/Кл. Лотар Мейєр використав термін електролітичний еквівалент.
Колоїдні системи, колоїди (ін.-грец. κόλλα - клей + εἶδος - вид; «клеєподібні») - дисперсні системи, проміжні між істинними розчинами і грубодисперсними системами - суспензією, в яких дискретні частинки, краплі або бульбашки дисперсної фази, що мають розмір хоча б в одному з вимірювань від 1 до 1000 нм, розподілені в дисперсійному середовищі, зазвичай безперервному, відрізняється від першої за складом або агрегатного стану. У вільнодисперсних колоїдних системах (дими, золі) частки не випадають...
Феррит (лат. ferrum - залізо), фазова складова сплавів заліза, що є твердим розчином вуглецю і легуючих елементів в α-залізі (α-ферит). Має об'ємноцентровану кубічну кристалічну решітку. Є фазовою складовою інших структур, наприклад, перліту, що складається з фериту та цементиту.
Кристалізація (від грец. κρύσταλλος, спочатку - лід, надалі - гірський кришталь, кристал) - процес утворення кристалів з газів, розчинів, розплавів або стекол. Кристалізацією називають також утворення кристалів з цією структурою із кристалів іншої структури (поліморфні перетворення) або процес переходу з рідкого стану в твердий кристалічний. Завдяки кристалізації відбувається утворення мінералів та льоду, зубної емалі та кісток живих організмів. Одночасне зростання великого...
Калориметр (від лат. calor - тепло та metor - вимірювати) - прилад для вимірювання кількості теплоти, що виділяється або поглинається у будь-якому фізичному, хімічному чи біологічному процесі. Термін «калориметр» було запропоновано А. Лавуазьє та П. Лапласом (1780).
Вітрифікація – усереднена характеристика розмірів внутрішніх порожнин (каналів, пор) пористого тіла або частинок роздробленої фази дисперсної системи.
Для того, щоб розплавити будь-яку речовину у твердому стані, необхідно її нагріти. І при нагріванні будь-якого тіла відзначається одна цікава особливість
Особливість така: температура тіла зростає аж до температури плавлення, а потім зупиняється до того моменту, поки все тіло повністю не перейде в рідкий стан. Після розплавлення температура знову починає зростати, якщо, звісно, продовжувати нагрівання. Тобто існує проміжок часу, під час якого ми нагріваємо тіло, а воно не нагрівається. Куди ж подіється енергія тепла, яку ми витрачаємо? Щоб відповісти на це питання, треба заглянути усередину тіла.
У твердому тілі молекули розташовані у порядку як кристалів. Вони практично не рухаються, лише трохи вагаючись на місці. Для того щоб речовина перейшла в рідкий стан, молекулам необхідно надати додаткову енергію, щоб вони змогли вирватися від тяжіння сусідніх молекул у кристалах. Нагріваючи тіло, ми надаємо молекулам цю необхідну енергію. І от поки всі молекули не отримають достатньо енергії і не руйнуються всі кристали, температура тіла не підвищується. Досліди показують, що для різних речовин однієї маси потрібна різна кількість теплоти для його розплавлення.
Тобто існує певна величина, від якої залежить, скільки тепла необхідно поглинути речовину для розплавлення. І ця величина різна для різних речовин. Ця величина у фізиці називається питома теплота плавлення речовини. Знову ж таки, внаслідок дослідів встановлено значення питомої теплоти плавлення для різних речовин і зібрано у спеціальні таблиці, з яких можна почерпнути ці відомості. Позначають питому теплоту плавлення грецькою літерою (лямбда), а одиницею вимірювання є 1 Дж/кг.
Формула питомої теплоти плавлення
Питома теплота плавлення знаходиться за формулою:
де Q - кількість теплоти, необхідне для того, щоб розплавити тіло масою m.
Знов-таки з дослідів відомо, що при затвердінні речовини виділяють таку ж кількість тепла, яку потрібно витратити на їхнє розплавлення. Молекули, втрачаючи енергію, утворюють кристали, будучи неспроможна чинити опір притягання інших молекул. І знову-таки, температура тіла не знижуватиметься аж до того моменту, поки не затвердіє все тіло, і поки не виділиться вся енергія, яка була витрачена на його плавлення. Тобто питома теплота плавлення показує, скільки треба витратити енергії, щоб розплавити тіло масою m, так і скільки енергії виділиться при затвердінні даного тіла.
Наприклад, питома теплота плавлення води у твердому стані, тобто питома теплота плавлення льоду дорівнює 3,4*105 Дж/кг. Ці дані дозволяють розрахувати, скільки потрібно енергії, щоб розплавити лід будь-якої маси. Знаючи також питому теплоємність льоду і води, можна розрахувати, скільки точно потрібно енергії для конкретного процесу, наприклад, розплавити лід масою 2 кг і температурою - 30?С і довести воду, що вийшла, до кипіння. Такі відомості для різних речовин дуже потрібні в промисловості для розрахунку реальних витрат енергії під час виробництва будь-яких товарів.
