Народна Освіта » Фізика » § 14. Розрахунок кількості теплоти при плавленні (твердненні) тіл

НАРОДНА ОСВІТА

§ 14. Розрахунок кількості теплоти при плавленні (твердненні) тіл

Оскільки питома теплота плавлення показує, яку кількість теплоти потрібно передати твердому тілу масою 1 кг, щоб перетворити його на рідину за температури плавлення, то для плавлення тіла масою 5 кг, виготовленого з цієї самої речовини, потрібно витратити у 5 разів більшу кількість теплоти.

Задача. Знайти кількість теплоти, яку потрібно витратити, щоб розплавити 5 кг льоду, температура якого становить 0 °С?

Температура більшості твердих тіл нижча за температуру плавлення. Під час перетворення твердого кристалічного тіла на рідину можна виділити принаймні два теплових процеси, під час яких зростає його внутрішня енергія: 1) нагрівання твердого тіла до температури плавлення; 2) плавлення кристалічного тіла за температури плавлення. Можливе й подальше нагрівання розплавленої рідини.

Задача. Для виготовлення деталі розплавили 200 г алюмінію, температура якого 20 °С. Яку кількість теплоти потрібно витратити для цього?

 

P о з в ’ я з у в а н н я. Можна виділити дві складові перетворення твердого алюмінію на рідину.

1.    Щоб алюміній почав плавитися, його спочатку потрібно нагріти від t1 = = 20 °С до температури плавлення t2 = = 660 °С. У разі нагрівання алюміній одержить кількість теплоти Q1.

2.    Під час плавлення без зміни температури він одержує ще деяку кількість теплоти Q2.

Для плавлення алюмінію потрібна кількість теплоти

 

Кількість теплоти, що витрачається на нагрівання,

 

Щоб розплавити 200 г алюмінію температурою 20 °С, потрібно приблизно 197 кДж теплоти.

В і д п о в і д ь: Q ~ 197 кДж.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1.    Як визначити кількість теплоти, потрібну для перетворення на рідину кристалічного тіла за температури плавлення?

2.    Чи можливе таке явище: тіло віддає деяку кількість теплоти в навколишнє середовище, але при цьому не охолоджується? (Мається на увазі, що віддана кількість теплоти не поповнюється.)

3.    Яку кількість теплоти потрібно передати 2 кг свинцю, який нагріто до температури 327 °С, щоб його розплавити?

4.    Яку масу льоду, температура якого 0 °С, можна розплавити, якщо передати йому 3,4 · 106 Дж теплоти?

5*. Яка кількість теплоти виділилася в навколишнє середовище під час утворення на поверхні озера криги товщиною 5 см, якщо площа поверхні озера 1 км2?

6*. 12 кг льоду, внесені знадвору в кімнату за температури -25 °С, розтанули, а вода, що утворилася, нагрілася до 16 °С. Яка кількість теплоти витратилася на ці процеси?

РІДКІ КРИСТАЛИ.

ПОЛІМЕРИ. НАНОМАТЕРІАЛИ

Рідкі кристали. Деякі речовини у разі підвищення температури переходять з твердого кристалічного стану в рідкий не відразу, а через стан, в якому їхня структура є проміжною між структурою рідини і кристала. В такому стані вони називаються рідкими кристалами (thin crystal).

Для речовин, що перебувають в рідкокристалічному стані, характерною є плинність. Вони утворюють краплі, як і рідини. Однак їх краплі можуть мати не кулеподібну, а видовжену форму. Молекули у краплі, як і в твердих кристалах, розміщуються у певному порядку. Проте, якщо в твердих кристалах спостерігається дальній порядок розміщення частинок у трьох взаємно перпендикулярних напрямках, то в рідких вони можуть бути впорядковані в одному або двох напрямках. Тому в різних напрямках їх фізичні властивості неоднакові.

Рідкі кристали можуть існувати в певному інтервалі температур, різному для різних речовин. Під час нагрівання вони перетворюються на звичайні рідини, а внаслідок охолодження — на тверді кристали. На мал. 1.50 схематично зображені розташування молекул у кристалічному (а), рідкокристалічному (б) і рідкому (в) станах однієї й тієї самої речовини.

Рідкі кристали можуть утворювати речовини з дуже витягнутими молекулами або молекулами, що мають форму дисків. Нині відомо понад 3000 різних рідкокристалічних речовин, багато з яких мають природне біологічне походження. Складна рідкокристалічна структура притаманна

мозку людини. Дезоксирибонуклеїнова кислота — це рідкий кристал із величезних молекул. Також повсякденно ми користуємось розчином мила, який теж є рідким кристалом.

Оскільки кристали рідкі, орієнтацією молекул можна легко керувати за рахунок незначних зовнішніх впливів (нагрівання, електричні й магнітні поля). Тому рідкі кристали широко застосовуються в техніці. їх використовують у цифровій індикації, для перетворення інфрачервоного випромінювання на видиме, для виготовлення плоских екранів моніторів, для термоіндикації, в ультразвуковій медичній діагностиці та ін.

Полімери. У практичній діяльності людини великого значення набули речовини, які називають полімерами. Молекули полімеру складаються із величезної кількості однакових ланок — мономерів, об’єднаних у довгі ланцюги. До них належать такі природні речовини, як бавовна, вовна, дерево, шкіра, натуральний шовк, каучук тощо. Багато полімерних матеріалів одержують штучно: віскозний шовк, целофан, органічне скло, поліетилен, штучні волокна, епоксидні смоли та багато ін. До природних полімерів належать біополімери, з яких побудовано клітини всіх живих організмів.

Полімери — основа гуми, лаків, фарб, клеїв тощо. Завдяки введенню до полімерів домішок, можна створювати речовини з дуже цінними якостями: високою твердістю, легкістю, вогнестійкістю та ін.

Наноматеріали. Люди вже набули досвіду з використання об’єктів найрізноманітніших розмірів. Розщеплюючи

ядра атомів, отримують атомну енергію. Проводячи хімічні реакції, одержують нові молекули і речовини з унікальними властивостями. За допомогою спеціальних інструментів людина навчилася створювати вироби розмірами від часток міліметра до величезних споруд.

Однак тривалий час існував інтервал розмірів, які вчені майже не досліджували — це світ так званих наночасти-нок. У перекладі з грецької мови нано — карлик. Один нанометр (нм) — це одна мільярдна частина метра (10-9 м). У більшості атомів діаметр становить від 0,1 до 0,2 нм, а товщина людської волосини — 80 000 нм. Нанометр порівнювати з метром, це те саме, що товщину пальця порівнювати з діаметром Землі.

Частинки, розміром від 1 до 100 нм, називають нано-частинками, а виготовлені з них матеріали — наномате-ріалами. Наноструктуры можна розглядати як особливий стан речовини, оскільки властивості матеріалів, утворених з використанням наноструктурних елементів, значно відрізняються від властивостей речовин без них.

Наноматеріали дають змогу створювати супермініатюрні електронні пристрої, зокрема комп’ютерні системи, системи запису і збереження інформації. Завдяки малим розмірам такі пристрої можуть проникати в будь-які ділянки людського тіла чи мікромашин.

Застосовуючи наночастинки і виготовлені з них наноматеріали, можна прискорювати хімічні та біохімічні реакції. Супермініатюрні пристрої з наноматеріалів можна використовувати для виведення отруйних (токсичних) речовин з людського організму і для доставки ліків безпосередньо до вражених місць, а також для відфільтровування шкідливих бактерій.

Зміни основних характеристик речовин, що складаються з наночастинок, зумовлені не лише їх мініатюрними розмірами, а й тим, що вони перебувають в особливому стані. При цьому виявляються дивовижні ефекти. Наночастинки не мають дефектів у впорядкованості розташування атомів, тому їх можна використовувати для створення енергозбері-гальних, лазерних, випромінювальних пристроїв. Так, міцність вуглецевих нанотрубок у десятки разів перевищує міцність найкращої сталі.

 

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Бойко

 

Категорія: Фізика

Автор: evg от 7-08-2016, 20:40, посмотрело: 1398