§ 12. Плавлення тіл. Температура плавлення.
ПИТОМА ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕННЯ. РОЗРАХУНОК КІЛЬКОСТІ ТЕПЛОТИ ПІД ЧАС ПЛАВЛЕННЯ АБО КРИСТАЛІЗАЦІЇ ТІЛ.
► 1. Зміна агрегатних станів речовини.
З § 4 ви дізналися, що речовини можуть переходити з одного стану в інший. Такі переходи називаються агрегатними перетвореннями.
Можливі різні види агрегатних перетворень речовини з одного агрегатного стану в інший (рис. 61). Зміна агрегатного стану речовини супроводжується зміною розміщення, характеру руху та взаємодії частинок, з яких ця речовина утворена.
Для життєдіяльності людини процеси переходу речовини з одного агрегатного стану в інший є дуже важливими. Завдяки цим процесам у металургїі отримують метали та їх сплави; щоб прокласти підземний тунель або стримати раптовий зсув грунту його заморожують разом з наявними у ньому ґрунтовими водами; пару, отриману з води, використовують на теплових електростанціях.
Для успішного використання агрегатних перетворень в практичній діяльності необхідно знати, за яких умов вони відбуваються та як пояснюються з точки зору внутрішньої будови речовини.
В Україні одним з найпотужніших металургійних комбінатів є «Запоріж-сталь», продукція якого широко відома у світі. Високоякісна українська сталь користується попитом у виробників труб, побутової та сільськогосподарської техніки, на підприємствах автомобільного транспорту.
► 2. Плавлення і кристалізація. Вам
відомо, що тверді тіла зберігають своїх об’єм і форму. Але при нагріванні твердого кристалічного тіла збільшується його температура, а, отже, й швидкість і розмах коливань частинок, які утворю-
ють кристалічну гратку твердого тіла. Це спричиняє збільшення відстаней між частинками, послаблення міжмолекулярних зв’язків, і, як кінцевий результат - руйнування кристалічної гратки. Тіло стає рідким, тобто відбувається процес плавлення.
Процес плавлення супроводжується поглинанням теплоти та збільшенням внутрішньої енергії тіла.
У процесі плавлення густина більшості речовин зменшується.
Процес кристалізації супроводжується виділенням теплоти та зменшенням внутріш-ньої енергії тіла. Кількість теплоти, яка виділяється у процесі кристалізації, передається оточуючим ті-
JVCL JW ·
Кількість теплоти, яка поглинається у процесі плавлення або виділяється у процесі кристалізації дорівнює зміні внутрішньої енергії тіл.
Плавлення - це процес переходу твердого кристалічного тіла в рідкий стан, який супроводжується поглинанням теплоти.
Оберненим до плавлення є процес кристалізації.
Кристалізація - це процес перетворення речовини з рідкого стану у твердий.
Кристалізація відбувається при зниженні температури тіла. Відповідно, зменшуються швидкість й розмах коливань частинок, відбувається їх зближення і збільшення сил міжмолекулярної взаємодії - тіло переходить у твердий стан.
Висловіть свою думку
Чому під час снігопаду стає тепліше, а під час танення льоду - холодніше?
► 3. Температура плавлення. Процес плавлення кристалічних тіл відбувається при певній температурі, яка називається температурою плавлення. Температури плавлення різних речовин визначаються дослідним шляхом і наводяться у таблицях (див. табл. 4).
З табл. 4 видно, що температури плавлення різних речовин знаходяться у широких межах. Якщо, наприклад, олово
(t= 232°С), свинець (t= 327°C) або цинк (t = 420°С) можна розплавити на відкритому вогні, то для розплавлення заліза (t = 1539°С) або вольфраму (t =
Як відомо, вода кристалізується, а лід тане при одній і тій самій температурі (O^C). Досліди показують, що й інші речовини також плавляться й тверднуть при одній і тій самій характерній для них температурі.
У сумішей температура плавлення є нижчою, ніж у чистих речовин. Саме тому тротуари та автомобільні дороги взимку посипають сіллю. Температура замерзання суміші солі з льодом стає нижчою, тротуар покривається шаром рідкої суміші, що дозволяє збільшити силу зчеплення з ним взуття (або шин з автомобільною дорогою).
ПЛ· ПЛ.
3387°С) необхідні спеціальні плавильні печі, в яких досягають потрібних температур плавлення.
Слід розрізняти процеси кристалізації та тверднення.Процес тверднення характерний для аморфних тіл.Аморфні тіла не мають певної температури плавлення: вони не плавляться, а поступового розм’якшуються. З твердого стану відбувається поступовий переходять аморфних тіл до м’якого, а далі - до густої рідини. При зворотному процесі аморфні тіла з м’якого стану поступово переходять до твердого - це і є процес тверднення. Така поведінка аморфних тіл пояснюється тим, що навіть у твердому стані вони не мають строгої періодичності у розташуванні частинок, які можуть переміщуватися одна відносно одної.
► 4. Питома теплота плавлення. Оскільки кристалічні речовини відрізняються внутрішньою будовою та характером руху і взаємодії частинок, то на їх плавлення витрачається, відповідно, й різна кількість теплоти. Тому для характеристики енергетичних затрат, необхідних для переходу речовини із твердого стану в рідкий вводиться фізична величина, яка називається питомою теплотою плавлення.
Питомою теплотою плавлення на-
зивають кількість теплоти, яку по-
Для визначення кількості теплоти Q, необхідної для плавлення речовини при температурі її плавлення, треба питому теплоту плавлення λ помножити на масу речовини т:
Досліди показують, що під час кристаліза-
··· 'Ч ·
ци речовини виділяється така сама кількість теплоти, яка поглинається нею під час плавлення. Це означає, що питома теплота плавлення дорівнює питомій теплоті кристалізації.
Q = λ · т.
За цією ж формулою визначають і кількість теплоти, яка виділяється під час тверднення речовини.
Температура плавлення і питома теплота плавлення деяких речовин (за нормального атмосферного тиску)
Таблиця 4
|
Назва речовини |
 |
 |
 |
 |
 |
||
 |
 |
 |
 |
||||
|
Водень |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
Кисень |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
Спирт |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
Ртуть |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
Лід |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
Олово |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
Свинець |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
► 5. Графіки зміни агрегатних станів речовини. У процесі плавлення (як і у процесі кристалізації) температура речовини з ча-сом не змінюється. Тому в системі координат «температура-час»
графіком відповідного теплового процесу буде пряма лінія, яка паралельна до осі часу, а на ось температур проектується у точку, що відповідає температурі плавлення речовини.
У процесі плавлення тіло одночасно існує і в твердому, і в рідкому станах. Температура тіла не змінюється, а кількість теплоти, яка до нього підводиться, витрачається на руйнування кристалічної гратки.
За графіками можна порівнювати температури плавлення (кристалізації) речовин та досліджувати перебіг теплових процесів шляхом аналізу різних ділянок на графіках.
На рис. 62, а зображено графіки теплових процесів нагрівання, охолодження, плавлення і кристалізації (льоду і води залежно від температури). Розглянемо його окремі ділянки:
AB - нагрівання льоду від температури -40°С до температури плавлення O0C; BC - плавлення льоду при O0C; CD
- нагрівання води від O0C до 40°С; DE
- охолодження води від 40°С до O0C; EF
- кристалізація води при O0C; FK - охолодження льоду від O0C до -40°С.
1. Які види агрегатних перетворень речовини ви знаєте? Чому вони важливі у життєдіяльності людини?
2. Що називають плавленням речовини? Як змінюється внутрішня енергія тіла у процесі плавлення?
3. Що називають твердненням речовини? Як змінюється внутрішня енергія тіла у процесі тверднення?
4. Що таке температура плавлення речовини?
5. Який механізм плавлення аморфних тіл? Чи мають вони певну температуру плавлення?
6. Поглинається чи виділяється теплота у процес плавлення? тверднення?
7. Що називають питомою теплотою плавлення речовини?
8. За якою формулою обчислюють кількість теплоти, необхідної для розплав-лення даної маси речовини при температурі плавлення?
9. Зобразіть графіки процесів плавлення і тверднення.
Розв’яжіть задачі та оцініть результати
Вправа 12.
1. Які зміни внутрішньої енергії відбуваються у процесі плавлення 1 кг льоду і 2. Обчисліть, як зміниться внутрішня енергія 1 кг міді внаслідок її тверднення.
2. Яку кількість теплоти слід витратити, щоб розплавити 3 кг заліза, взятого при температурі плавлення?
4*. Лід масою 5 кг знаходиться при температурі -20 °С.
Визначте кількість теплоти, яка необхідна для перетворення льоду на рідину.
5. На рисунку 62, б зображено графіки зміни температури з часом для двох тіл однакової маси. За графіком визначте, у якого з тіл температура плавлення вища? Яке тіло має більшу питому теплоту плавлення?
6. * Відомо, що водойми взимку не промерзають до дна, що рятує від загибелі
риб. Дайте пояснення цьому факту.
Це матеріал з підручника Фізика 8 клас Шут
Автор: evg от 12-08-2016, 13:11, Переглядів: 8059