Народна Освіта » Фізика » § 12. Розрахунок кількості теплоти під час плавлення/ тверднення тіл

НАРОДНА ОСВІТА

§ 12. Розрахунок кількості теплоти під час плавлення/ тверднення тіл

Вм дізнаєтесь

Чому не змінюється температура під час плавлення

Як обчислити теплоту плавлення

Пригадайте

Основні відмінності між кристалічними та аморфними тілами

 Розрахунок кількості теплоти під час плавлення/ тверднення тіл

Плавлення твердих тіл. Як було з’ясовано в попередньому параграфі, тверді тіла поділяються на кристалічні та аморфні. Найважливішою властивістю будь-якого кристалічного тіла є наявність деякої фіксованої температури плавлення, за якої воно перетворюється в рідину, не розм’якшуючись перед цим. Щоб розплавити кристалічне тверде тіло, треба спочатку нагріти його до певної температури. В аморфних тіл фіксованої температури плавлення немає — вони починають відразу плавитись, як тільки їх почати нагрівати.

Сили взаємодії між атомами в кристалічних ґратках різних твердих тіл не однакові, тому одні кристалічні тіла плавляться за низьких температур, інші — за високих. Лід, наприклад, плавиться за температури 0 °С, свинець — за 327 °С, олово — за 232 °С, а сталь — за 1500 °С. Тому лід плавиться за кімнатної температури, кусок олова або свинцю можна розплавити в сталевій ложці, нагріваючи її над полум’ям плити, а сталь плавлять у спеціальних печах, де досягають потрібної температури.

Температурою плавлення речовини називають температуру, за якої речовина переходить із твердого у рідкий агрегатний стан.

Дослід показує, що речовини тверднугь за тієї самої температури, за якої плавляться. Наприклад, вода кристалізується (а лід плавиться) за температури 0 °С, а чисте золото плавиться і кристалізується за 1539 °С.

Якщо нагрівати будь-яке кристалічне тіло, то можна помітити, що його температура підвищується тільки до моменту початку плавлення тіла. За весь час процесу плавлення температура тіла не змінюється, оскільки вся енергія йде на руйнування зв’язків між атомами та молекулами. За цієї температури частина тіла перебуває в рідкому, а частина — у твердому стані.

Питома теплота плавлення. Оскільки в різних речовин атоми й молекули взаємодіють з неоднаковою силою, то для їх плавлення потрібна різна кількість теплоти. Для характеристики енергетичних затрат, пов’язаних із переходом речовини з твердого стану в рідкий, уводять фізичну величину, яка називається питомою теплотою плавлення, позначається Я (читається «лямбда»).

Питома теплота плавлення — це фізична величина, що показує, яка кількість теплоти потрібна для переходу 1 кг речовини із твердого стану в рідкий за температури плавлення.

Питома теплота плавлення вимірюється в джоулях па

дж

кілограм, -. Значення температури плавлення та пи-

кг

томої теплоти плавлення окремих речовин наведено на форзацах у таблицях.

Обчислення кількості теплоти. Щоб визначити кількість теплоти, необхідну для плавлення твердого тіла будь-якої маси, треба питому теплоту плавлення речовини λ помножити на масу тіла т :

Зворотний процес — перехід із рідкого стану в твердий — відбувається за умови, якщо рідина втрачатиме енергію. Якщо під час плавлення тверде тіло поглинає енергію, то під час тверднення — навпаки, рідина віддає енергію. Як і у випадку плавлення, для характеристики цього процесу вводять поняття питомої теплоти кристалізації. Її фізичний зміст такий самий, як і питомої теплоти плавлення: це кількість теплоти, необхідна для перетворення 1 кг речовини з рідкого стану у твердий за температури кристалізації.

Отже, для перетворення 1 кг речовини із твердого стану в рідкий або навпаки — з рідкого у твердий їй потрібно отримати або віддати однакову кількість теплоти.

Графічне зображення плавлення/ тверднення. Процеси нагрівання і плавлення, а також зворотні процеси: охолодження і тверднення — можна зобразити графічно. Для цього по осі ординат відкладають значення температури речовини, а по осі абсцис — час, протягом якого триває процес. Наприклад, на мал. 46 графічно зображено процеси нагрівання і плавлення льоду, нагрівання води та зворотні процеси.

Зверніть увагу, ділянки графіка, що відповідають процесу нагрівання льоду та нагрівання води, мають різний нахил, який залежить від значення питомої теплоємності речовини: що більшим є її значення, то менший нахил.

 

Підбиваємо підсумки

Кристалічні тіла плавляться і тверднуть за деякої, сталої для кожної речовини, температури, яку називають температурою плавлення. Температура плавлення речовини дорівнює температурі її кристалізадії.

Під час процесу плавлення (тверднення) речовини її температура не змінюється.

Для плавлення кристалічного тіла масою т йому потрібно надати кількість теплоти, пропорційну масі тіла: Q = Xm .

А знаю, вмію та можу поленими

1.    Який процес називається плавленням? Схарактеризуйте умови плавлення твердих тіл.

2.    У чому полягає фізичний зміст питомої теплоти плавлення?

3.    Чому під час плавлення кристалічних тіл температура залишається сталою?

4.    У чому виявляється закон збереження і перетворення енергії при плавленні та кристалізації речовини?

ПОЯСНІТЬ

1.    Чому ртуть не використовується в термометрах, якими вимірюють температуру полярники?

2.    Чи можна залізний цвях розплавити в алюмінієвій ложці?

ВЧИМОСЯ РОЗВ'ЯЗУВАТИ ЗАДАЧІ

Яка кількість теплоти потрібна, щоб розплавити 0,6 кг алюмінію, взятого за температури 20 °С?

 

Розв’язання:

Значення Ct λ і дізнаємось із таблиць. Щоб розплавити алюміній, його спершу слід нагріти до температури плавлення 660 °С.

Для цього необхідна кількість теплоти: Q1 = cm{tn< - £).

 

Таким чином, щоб розплавити 0,6 кг алюмінію, взятого за температури 20 °С, необхідно затратити таку кількість теплоти:

Q = Qi +Q2 = 353 280 Дж+ 235 800 Дж = 589080 Дж» 589 кДж Відповідь: Q~589κДж.

Яка кількість енергії виділяється, якщо свинцеве тіло об’ємом 100 см3 кристалізується й охолоджується від температури плавлення до 27 °С?

 

Розв’язання:

Масу тіла визначимо за його густиною та об’ємом: m = pV (табличне значення густини свинцю — 11 300 кг/ма),

 

Під час кристалізації виділяється кількість теплоти

 

Під час охолодження відповідно — Q2 =cm(tiu -t), де температура плавлення свинцю Jtu =327°С,

 

 

 

Таким чином, загальна кількість енергії, що виділяється під час кристалізації та охолодження свинцевого тіла:

Q = Q +Q2 =27 120Дж + 47 460Дж = 74 580Дж . Відповідь: Q = 74 580Дж.

1.    Лід і свинець масою 1 кг кожен узято за їхніх температур плавлення. Для плавлення якого з цих тіл потрібна більша кількість теплоти? У скільки разів?

2.    У якому стані перебуває свинець за нормального атмосферного тиску, якщо його температура 330 °С?

3.    У скільки разів більше енергії потрібно для плавлення льоду за 0 °С, ніж для нагрівання такої самої маси льоду на 1 cC?

4.    Шматок льоду занесли з вулиці, де температура -5 °С, у сарай, де температура 0°С. Чи почне танути лід у сараї?

5.    У посудині міститься лід за температури -10 °С. Посудину поставили на пальник, який за однакові інтервали

часу дає однакову кількість теплоти. Який із графіків (мал. 47) відповідає описаному випадку і в чому помилкові інші графіки?

Є Маса срібла 10 г. Яка кількість теплоти виділяється під час його кристалізації й охолодження до 60 °С, якщо срібло взято за температури плавлення?

7. На малюнку 48 зображено залежність кількості поглинутої під час плавлення теплоти від маси речовини. Визначте питому теплоту плавлення для кожної речовини. Що це за речовини?

8*. До якої температури слід нагріти залізний кубик, щоб він повністю занурився в лід, температура якого 0 °С (мал. 49)? Вважайте, що вся теплота, віддана кубиком, іде на плавлення льоду.

9*. У посудині міститься 2 л води, яка має температуру ЗО °С. Визначте температуру, що встановиться в посудині, якщо в неї покласти 200 г льоду, температура якого 0 °С.

10*. У сталевій коробці масою 250 г розплавляють 100 г свинцю. Яка кількість теплоти витратилася на теплові процеси, якщо початкова температура тіл становила 27 °С?

 

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Засєкіна

 

Категорія: Фізика

Автор: evg от 7-08-2016, 17:10, Переглядів: 9670