§ 13. Питома теплота плавлення

Руйнування кристалічної ґратки у процесі плавлення пов’язане зі збільшенням швидкості коливань частинок речовини і внутрішньої енергії тіла. Швидкість руху частинок у рідині більша. Тому навіть за однакової температури внутрішня енергія рідини більша, ніж внутрішня енергія твердого тіла, з якого утворюється рідина. Теплова енергія, яка надходить до тіла від нагрівника, під час плавлення повністю витрачається на руйнування кристалічної ґратки і збільшення його внутрішньої енергії. Внаслідок цього внутрішня енергія тіла в процесі плавлення збільшується, хоч температура, за якої відбувається плавлення, не змінюється.

Кількість теплоти, необхідної для перетворення тіла з твердого стану в рідкий за температури плавлення, називають теплотою плавлення.

У процесі тверднення (кристалізації) тіла його внутрішня енергія зменшується, частина її при цьому виділяється й передається навколишнім тілам. Результати дослідів свідчать, що кількість теплоти, витраченої на плавлення тіла, дорівнює кількості теплоти, яку це тіло виділяє у процесі кристалізації. У цьому факті проявляється загальний закон збереження і перетворення енергії.

Якщо внести в теплу кімнату лід, температура якого —20 °С, то спочатку він нагрівається, отримуючи теплоту від навколишніх тіл і повітря кімнати. Коли температура льоду підвищується до температури плавлення 0 °С, він починає танути. Як наслідок утворюється суміш льоду і води, температура якої залишається однаковою, доки весь лід не розтопиться. Далі вода продовжує нагріватися. Якщо ж воду, яка була в кімнаті й мала температуру, наприклад, 20 °С, винести на мороз або помістити в морозильну камеру, то все відбуватиметься у зворотному порядку. Вода охолоджується, віддаючи теплоту навколишньому середовищу. Коли її температура знизиться до 0 °С — температури кристалізації, вона почне перетворюватися на лід. Під час кристалізації температура суміші лід—вода залишається постійною. Проте відбувається передача теплоти навколишньому середовищу. Адже внутрішня енергія кристалічного тіла (льоду) менша, ніж рідини за тієї самої температури. Після того як уся вода кристалізується, лід далі охолоджуватиметься. Процеси зміни температури при плавленні й твердненні льоду можна відобразити за допомогою графіків (мал. 1.47, 1.48).

Поблизу морів чи великих рік і озер під час похолодань і потеплінь не спостерігаються різкі зміни температури, що пояснюється вбиранням енергії при плавленні льоду і виділенням її при замерзанні води.

Щоб розплавити однакові кількості різних речовин, потрібно витратити різну кількість теплоти. Теплоту плавлення різних речовин характеризують кількістю теплоти, яку потрібно витратити для плавлення одиниці маси (1 кг) даної речовини.

Кількість теплоти, яка потрібна для перетворення одиниці маси (1 кг) кристалічної речовини з твердого стану в рідкий, називається питомою теплотою плавлення.

Кристалізація — зворотний до плавлення процес. Питома теплота кристалізації дорівнює питомій теплоті плавлення (табл. 1.3).

Питому теплоту плавлення (кристалізації) позначають грецькою літерою λ (лямбда), а її одиницею в CI є

Таблиця 1.3. Питома теплота плавлення (кристалізації) деяких речовин

Як ви вже знаєте, плавлення (кристалізація) твердих тіл відбувається за певної температури — температури плавлення. Внутрішня енергія речовини в твердому стані за температури плавлення менша, ніж цієї самої речовини в рідкому стані за тієї самої температури. Тому питома теплота плавлення (кристалізації) показує, на скільки внутрішня енергія 1 кг речовини в твердому стані, узятої за температури плавлення, менша, ніж внутрішня енергія цієї самої речовини в рідкому стані за тієї самої температури.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1.    Як пояснити процес плавлення кристалічної речовини на підставі уявлень про молекулярну будову речовини?

2.    Чому в процесі плавлення кристалічної речовини її температура не змінюється, незважаючи на надходження теплоти?

3.    Яку фізичну величину називають питомою теплотою плавлення?

4.    Алюміній нагріли до температури плавлення і розплавили. На скільки збільшилася внутрішня енергія кожного кілограма алюмінію під час процесу плавлення?

5.    Чому під час інтенсивного танення льоду на річках і озерах у прилеглих до них місцевостях спостерігається похолодання?

6.    На мал. 1.49 зображено графіки залежності зміни температури від часу для двох тіл однакової маси під час їхнього нагрівання за однакових умов. У якого тіла вища температура плавлення? Яке з тіл має меншу питому теплоємність? У якого тіла більша питома теплота плавлення?

7. На плавлення шматка льоду чи свинцю, кожного масою 1 кг, температура яких дорівнює температурі їх плавлення, потрібна більша кількість теплоти й у скільки разів?

. _    8. Шматок льоду масою 1 кг, який має температуру -20 °С, у

процесі нагрівання перетворили на воду температурою +20 °С. З’ясуйте: 1) які теплові процеси відбувалися під час такого перетворення; 2) яку кількість теплоти затратили на реалізацію кожного з цих процесів; 3) який з процесів перетворення льоду на воду температурою +20 °С потребував найбільшої кількості теплоти, а який — найменшої?

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Бойко