§ 19. Плавлення і кристалізація.

Тут ти дізнаєшся, які ознаки процесів плавлення та кристалізації і яким законам вони підлягають.

Занесений в кімнату шматочок льоду з часом перетворюється у воду. Вода ж, внесена в камеру холодильника, замерзає. Подібне будемо сплостерігати і тоді, коли покладемо шматочок олова на увімкнуту електричну плитку. Через певний час на місці шматочка твердої речовини побачимо крапельку рідкого олова. Після вимкнення плитки олово знову стане твердим. Процес переходу кристалічної речовини з твердого стану в рідкий називають плавленням.

Щоб розплавити деяку кількість кристалічної речовини, яка перебуває в твердому кристалічному стані, необхідно змінити її внутрішню енергію. Одним із способів здійснення цього є теплопередача.

Так, лід отримує енергію від повітря кімнати, температура якого вища за температуру льоду, шаточок олова нагрівається від розжареної поверхні електроплитки. За подібних обставин тане сніг під променями весняного сонця.

Збільшення внутрішньої енергії речовини внаслідок теплопередачі призводить до того, що зростає аплітуда коливань частинок твердої речовини. Коли енергія цих коливань перевищить значення потенціальної енергії зв’язку між молекулами, частинки починають втрачати зв’язки і речовина плавиться. Подальше надходження енергії ззовні при-водитиме лише до розривання все нових і нових зв’язків між частинками. Кінетична ж енергія частинок, доки речовина знаходиться одночасно в твердому і рідкому станах, не збільшуватиметься. Відповідно температура речовини при плавленні не змінюється, залишається

сталою, доки вся речовина не перейде в рідкий стан (мал. 73).

На графіку ділянка ABC відповідає процесу плавлення, коли температура не змінюється при різних значеннях отриманої кількості теплоти.

Температура даної речовини при плавленні не змінюється. Зате для різних речовин температура плавлення різна.

Одна речовина відрізняється від другої властивостями частинок, з яких вона складається, та значенням енергії зв’язку. Тому температура плавлення для різних речовин різна. У цьому можна переконатися, розглянувши таблицю з діаграмами, подану нижче.

Таблиця.

Температура плавлення деяких речовин,

Речовина		Речовина
Азот		Олово
Алюміній		Осмій
Водень		Платина
Вол wjipaM		Ртуть
Етиловий спирт		Свинець
Залізо		Срібло
Золото		Сталь
Кисень		Цезій
Лід		Цм>ік
Мідь		1іавун
Натрій

Хоча температура плавлення залишається сталою, цей процес відбувається лише при надходженні енергії ззовні. Її можна розрахувати, вважаючи, що вона пропорціональна масі даного тіла і залежить від роду речовини.

У математичній формі це відображається формулою:

Тут λ — питома теплота плавлення. Вона показує, яка енергія потрібна для повного плавлення одного кілограма речовини

Якщо є можливість виміряти масу речовини і кількість теплоти, наданої розплавленій речовині, то питому теплоту плавлення можна розрахувати за формулою:

Згідно з цією формулою питома теплота плавленння вимірюється в джоулях на кілограм (Дж/кг)

Особливістю переходу речовини з твердого стану в рідкий (плавлення) і навпаки, з рідкого в твердий (кристалізація) є те, що вони відбуваються при одній і тій же температурі. І якщо кажуть про температуру плавлення, то мають на увазі, що це буде і температура тверднення (кристалізації). Суттєвою особливістю цього процесу є відмінність в напрямі переходу енергії.

При плавленні енергія надходить до речовини і за її рахунок виконується робота лише з руйнування зв’язків між частинками, коли збільшується лише їх потенціальна енергія. Проте швидкість частинок при цьому не змінюється. Тому температура речовини залишається сталою.

При кристалізації — енергія відбирається від тіла. Тому потенціальна енергія частинок зменшується, а їх кінетична енергія деякий час залишається сталою.

Таблиця. Питома теплота плавлення деяких речовин

(за нормального тиску і температури плавлення)

Речовина		Речовина
Алюміній		Мідь
Водень		Олово
Етиловий спирт		Ртуті,
Залізо		Свинець
Золото		Срібло
Кисень		Сталь
Лід

Подумай.

1.    Чому різні речовини мають різні значення питомої теплоти плавлення?

2.    У якої з перелічених речовин найбільша питома теплота плавлення?

3.    У якої з перелічених речовин найменша питома теплота плавлення?

4.    Які з перелічених речовин зручно використовувати для виготовлення моделей?

5.    Користуючись діаграмою і таблицею, назви значення питомої теплоти плавленння для кожної з названих речовин.

Задача.

Залізо масою 2 т у мартенівській плавильній печі нагріли до температури 1539 С. Яку кількість теплоти потрібно надати печі, щоб розплавити це залізо?

Розв’язання.

За таблицею температур плавлення ми дізнаємося, що залізо, про яке йде мова в умові задачі, нагріте до температури плавлення. Тому уся теплота. Надана залізу надалі піде лише на його плавлення. Кількість теплоти, потрібної для плавлення речовини розраховується за формулою: Q-Xm.

ЗАВДАННЯ ДОДОМУ.

Плавлення. Склади задачу за даними таблиці, розв’яжи і заповни порожні клітинки.

Речовина
Алюміній
Олово
Сталь
Лід
Ртуть

Вправи

Яка кількість теплоти потрібна для того, щоб розплавити 5 кг водяного льоду, якщо він має температуру 0 °С?

У воді плаває лід (температура води і льоду однакова і дорівнює 0 °С). Один учень каже, що вода замерзне, а другий, що лід розтане. Розв’яжіть суперечку.

Весною, коли температура повітря набагато вища за 0 °С, лід ще тривалий час не тане, і навпаки, восени, коли температура нижча 0 °С, вода не відразу замерзає.

У воду масою 1,5 кг поклали водяний лід, температура якого 0 °С. Початкова температура води ЗО °С. Якою має бути маса льоду, щоб він увесь розтанув? (0,57 кг).

Прочитай і з’ясуй, що ти знаєш.

1.    Який процес називають плавленням?

2.    Який процес називають кристалізацією?

3.    Чому не змінюється температура речовини при плавленні?

4.    Чому не змінюється температура при кристалізації

речовини?

5.    Чи всі речовини мають температуру плавлення (кристалізації)?

6.    Чи мають температуру плавлення аморфні тіла?

7.    Що потрібно знати, щоб розрахувати теплоту плавлення (кристалізації)?

8.    Яка сутність тєпміну «питома теплота плавлення»?

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Савченко