Кількість теплоти. Питома теплоємність. Плавлення. Кристалізація. Питома теплота плавлення Що називається питомою теплотою плавлення

На цьому уроці ми вивчимо поняття «питома теплота плавлення». Ця величина характеризує кількість теплоти, яку необхідно повідомити 1 кг речовини за температури плавлення, щоб вона з твердого стану перейшла в рідке (або навпаки).

Ми вивчимо формулу для знаходження кількості теплоти, яка потрібна для плавлення (або виділяється при кристалізації) речовини.

Тема: Агрегатні стани речовини

Урок: Питома теплотаплавлення

Цей урок присвячений основній характеристиці плавлення (кристалізації) речовини - питомій теплоті плавлення.

На минулому уроці ми торкалися питання: як змінюється внутрішня енергія тіла під час плавлення?

Ми з'ясували, що під час підведення теплоти внутрішня енергія тіла зростає. Разом з тим ми знаємо, що внутрішня енергія тіла може характеризуватись таким поняттям, як температура. Як нам відомо, при плавленні температура не змінюється. Тому може виникнути підозра, що маємо справу з парадоксом: внутрішня енергія збільшується, а температура не змінюється.

Пояснення цього факту досить просте: вся енергія витрачається на руйнування кристалічних ґрат. Аналогічно і у зворотному процесі: при кристалізації молекули речовини об'єднуються в єдину систему, у своїй надлишок енергії віддається і поглинається довкіллям.

В результаті різних експериментів вдалося встановити, що для однієї і тієї ж речовини потрібна різна кількість теплоти, щоб перевести його з твердого стану в рідкий.

Тоді було вирішено порівняти ці кількості теплоти за однакової маси речовини. Це призвело до появи такої характеристики, як питома теплота плавлення.

Визначення

Питома теплота плавлення- кількість теплоти, яку необхідно повідомити 1 кг речовини, нагрітій до температури плавлення, щоб перевести його з твердого стану в рідкий.

Така сама величина виділяється і при кристалізації 1 кг речовини.

Позначається питома теплота плавлення (грецька буква, читається як «лямбда» чи «ламбда»).

Одиниці виміру: . У разі у розмірності відсутня температура, оскільки за плавленні (кристалізації) температура не змінюється.

Для обчислення кількості теплоти, необхідної для плавлення речовини, використовується формула:

Кількість теплоти (Дж);

Питома теплота плавлення (що шукається по таблиці;

Маса речовини.

Коли тіло кристалізується, пишеться зі знаком «-», оскільки тепло виділяється.

Як приклад можна навести питому теплоту плавлення льоду:

. Або питому теплоту плавлення заліза:

.

Те, що питома теплота плавлення льоду вийшла більшою за питому теплоту плавлення заліза, не повинно дивувати. Кількість теплоти, яка потрібна тій чи іншій речовині для плавлення, залежить від характеристик речовини, зокрема, від енергії зв'язків між частинками даної речовини.

На цьому уроці ми розглянули поняття питомої теплоти плавлення.

На наступному уроці ми навчимося вирішувати завдання на нагрівання та плавлення кристалічних тіл.

Список літератури

1. Генденштейн Л. Е., Кайдалов А. Б., Кожевніков В. Б. Фізика 8 / За ред. Орлова В. А., Ройзена І. І. – М.: Мнемозіна.
2. Перишкін А. В. Фізика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадєєва А. А., Засов А. В., Кисельов Д. Ф. Фізика 8. - М: Просвітництво.

1. Фізика, механіка тощо ().
2. Класна фізика ().
3. Інтернет-портал Kaf-fiz-1586.narod.ru().

Домашнє завдання

Енергія, яку отримує або втрачає тіло при теплопередачі, називається кількістю теплоти.Кількість теплоти залежить від маси тіла, від різниці температур тіла та від роду речовини.

[Q] = Дж або калоріях

1 кал– це кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання 1 г води на 1 про С.

Питома теплоємність – фізична величина, що дорівнює кількості теплоти, яку необхідно передати тілу масою 1 кг для того, щоб його температура змінилася на 1 про С.

[C] = Дж/кг про С

Питома теплоємність води 4200 Дж/кг про З. Це означає, що з нагрівання води масою 1 кг на 1 про З необхідно витратити 4200 Дж теплоти.

Питома теплоємність речовини, що у різних агрегатних станах, різна. Так, теплоємність льоду 2100 Дж/кг про С. Питома теплоємність води найбільша. У зв'язку з цим вода в морях та океанах, нагріваючись улітку, поглинає велика кількістьтеплоти. Взимку вода остигає та віддає велику кількість теплоти. Тому в районах, розташованих поблизу водойм, влітку не буває дуже спекотно, а взимку дуже холодно. Через високу теплоємність воду широко застосовують у техніці та побуті. Наприклад, в опалювальні системибудинків при охолодженні деталей під час їх обробки на верстатах, медицині (грілках) і т.д.

Зі зростанням температури твердих тілі рідин зростає кінетична енергія їх часток: вони починають вагатися з більшою швидкістю. При певній температурі, цілком визначеної даної речовини, сили тяжіння між частинками не в змозі утримати в вузлах кристалічної решітки (далекий порядок перетворюється на ближній), і кристал починає плавитися, тобто. речовина починає переходити у рідкий стан.

Плавлення – процес переходу речовини із твердого стану в рідкий.

Затвердіння (кристалізація)– процес переходу речовини з рідкого стану у твердий.

У процесі плавлення температура кристала залишається незмінною. Ця температура називається температурою плавлення. Кожна речовина має свою температуру плавлення. Знаходять за таблицею.

Постійність температури при плавленні має велике практичне значення, оскільки дозволяє градуювати термометри, виготовляти плавкі запобіжники та індикатори, які розплавляються за заданої температури. Знання температури плавлення різних речовин важливе і з суто побутової точки зору: інакше хтось доручиться за те, що ця каструля або сковорідка не розплавиться на вогні. газового пальника?

Температура плавлення та рівна їй температура затвердіння - характерна ознакаречовини. Ртуть плавиться і твердне при температурі -39 про С, тому в районах Крайньої Півночі ртутні термометри не використовують. Замість ртутних термометрів у цих широтах використовують спиртові (-114°С). Найбільш тугоплавким металом є вольфрам (3420 о С).

Кількість теплоти, необхідне для плавлення речовини, визначають за такою формулою:

Де m - маса речовини, - Питома теплота плавлення.

Дж/кг

Питома теплота плавлення –така кількість теплоти, яка потрібна для розплавлення 1 кг речовини, взятої при температурі плавлення. У кожної речовини своя. Її знаходять за таблицею.

Температура плавлення залежить від тиску. Для речовин, у яких обсяг під час плавлення зростає, підвищення тиску підвищує температуру плавлення і навпаки. У води обсяг при плавленні зменшується, і при підвищенні тиску лід плавиться за більш низької температури.

Білет № 14

У попередньому параграфі ми розглядали графік плавлення та затвердіння льоду. З графіка видно, що, поки лід плавиться, температура його змінюється (див. рис. 18). І лише після того, як весь лід розплавиться, температура рідини, що утворилася, починає підвищуватися. Але ж і під час процесу плавлення лід отримує енергію від палива, що згорає в нагрівачі. А із закону збереження енергії випливає, що вона не може зникнути. На що витрачається енергія палива під час плавлення?

Ми знаємо, що в кристалах молекули (або атоми) розташовані у строгому порядку. Однак і в кристалах вони знаходяться в тепловому русі (вагаються). При нагріванні тіла середня швидкість руху молекул зростає. Отже, зростає і їхня середня кінетична енергія і температура. На графіці це ділянка АВ (див. рис. 18). Внаслідок цього розмах коливань молекул (або атомів) збільшується. Коли тіло нагріється до температури плавлення, то порушиться порядок розташування частинок в кристалах. Кристали втрачають свою форму. Речовина плавиться, переходячи з твердого стану в рідкий.

Отже, вся енергія, яку одержує кристалічне тіло після того, як воно вже нагріте до температури плавлення, витрачається на руйнування кристала. У зв'язку з цим температура тіла перестає підвищуватись. На графіці (див. рис. 18) це ділянка ВС.

Досліди показують, що для перетворення різних кристалічних речовин однієї і тієї ж маси рідина при температурі плавлення потрібна різна кількість теплоти.

Фізична величина, що показує, скільки теплоти необхідно повідомити кристалічному тілу масою 1 кг, щоб при температурі плавлення повністю перевести його в рідкий стан, називається питомою теплотою плавлення.

Питому теплоту плавлення позначають λ (грецьк. літера «лямбда»). Її одиниця – 1 Дж/кг.

Визначають питому теплоту плавлення з досвіду. Так було встановлено, що питома теплота плавлення льоду дорівнює 3,4 10 5 - . Це означає, що для перетворення шматка льоду масою 1 кг, взятого при 0 °С, у воду такої ж температури потрібно витратити 3,4 10 5 Дж енергії. А щоб розплавити брусок зі свинцю масою 1 кг, взятого за його температури плавлення, потрібно витратити 2,5 10 4 Дж енергії.

Отже, при температурі плавлення внутрішня енергія речовини в рідкому стані більша за внутрішній енергії такої ж маси речовини в твердому стані.

Щоб обчислити кількість теплоти Q, необхідну для плавлення кристалічного тіла масою т, взятого при його температурі плавлення та нормальному атмосферному тиску, потрібно питому теплоту плавлення λ помножити на масу тіла m:

З цієї формули можна визначити, що

λ = Q/m, m = Q/λ

Досліди показують, що при затвердінні кристалічної речовини виділяється така сама кількість теплоти, яка поглинається при його плавленні. Так, при затвердінні води масою 1 кг при температурі 0 °С виділяється кількість теплоти, що дорівнює 3,4 10 5 Дж. Така сама кількість теплоти потрібна і для плавлення льоду масою 1 кг при температурі 0 °С.

При затвердінні речовини все відбувається у зворотному порядку. Швидкість, отже, і середня кінетична енергія молекул в охолодженій розплавленій речовині зменшуються. Сили тяжіння тепер можуть утримувати молекули, що повільно рухаються, один біля одного. Внаслідок цього розташування частинок стає впорядкованим – утворюється кристал. Енергія, що виділяється при кристалізації, витрачається на підтримку постійної температури. На графіці це ділянка EF (див. рис. 18).

Кристалізація полегшується, якщо в рідині з самого початку присутні будь-які сторонні частинки, наприклад, порошинки. Вони стають центрами кристалізації. У звичайних умовах рідини є безліч центрів кристалізації, біля яких і відбувається утворення кристаликів.

Таблиця 4.
Питома теплота плавлення деяких речовин (при нормальному атмосферному тиску)

При кристалізації відбувається виділення енергії та передача її оточуючим тілам.

Кількість теплоти, що виділяється при кристалізації тіла масою т, визначається також за формулою

Внутрішня енергія тіла у своїй зменшується.

приклад. Для приготування чаю турист поклав у казанок лід масою 2 кг, що має температуру 0 °С. Яка кількість теплоти необхідна для перетворення цього льоду на окріп при температурі 100 °С? Енергію, витрачену на нагрівання казанка, не враховувати.

Яка кількість теплоти знадобилася б, якщо замість льоду турист узяв із ополонки воду тієї ж маси за тієї ж температури?

Запишемо умову завдання і розв'яжемо її.

Запитання

1. Як пояснити процес плавлення тіла на основі вчення про будову речовини?
2. На що витрачається енергія палива під час плавлення кристалічного тіла, нагрітого до температури плавлення?
3. Що називається питомою теплотою плавлення?
4. Як пояснити процес затвердіння на основі вчення про будову речовини?
5. Як обчислюють кількість теплоти, необхідну для плавлення кристалічного тіла, взятого за температури плавлення?
6. Як визначити кількість теплоти, що виділяється при кристалізації тіла, що має температуру плавлення?

Вправа 12

Завдання

1. Поставте на плиту дві однакові жерстяні банки. В одну налийте воду масою 0,5 кг, в іншу покладіть кілька кубиків льоду тієї ж таки маси. Зверніть увагу, скільки часу потрібно, щоб вода в обох банках закипіла. Напишіть короткий звіт про ваш досвід та поясніть його результати.
2. Прочитайте пункт «Аморфні тіла. Плавлення аморфних тіл». Підготуйте доповідь.

Питомою теплотою плавлення називають кількість теплоти, яка потрібна для розплавлення одного грама речовини. Питома теплота плавлення вимірюється в джоулях на кілограм і розраховується, як частка від поділу кількості теплоти на масу речовини, що плавиться.

Питома теплота плавлення для різних речовин

Різні речовини мають різну питому теплоту плавлення.

Алюміній – метал сріблястого кольору. Він легко піддається обробці та широко використовується в техніці. Його питома теплота плавлення становить 290 кДж/кг.

Залізо - теж метал, один із найпоширеніших на Землі. Залізо знаходить широке застосування у промисловості. Його питома теплота плавлення дорівнює 277 кДж/кг.

Золото – благородний метал. Воно використовується в ювелірній справі, у стоматології та фармакології. Питома теплота плавлення золота становить 66.2 кДж/кг.

Срібло та платина – також благородні метали. Їх використовують у виготовленні ювелірних прикрас, у техніці та медицині. Питома теплота становить 101 кДж/кг, а срібла – 105 кДж/кг.

Олово є легкоплавким металом сірого кольору. Воно широко застосовується у складі припоїв, виготовлення білої жерсті й у виробництві бронзи. Питома теплота становить 60.7 кДж/кг.

Ртуть є рухомим металом, що замерзає при температурі -39 градусів. Це - єдиний з металів, який у нормальних умовах існує у рідкому стані. Ртуть застосовується у металургії, медицині, техніці, хімічній промисловості. Її питома теплота плавлення становить 12 кДж/кг.

Лід є твердою фазою води. Його питома теплота плавлення дорівнює 335 кДж/кг.

Нафталін - органічна речовина, подібне до хімічним властивостямс. Він плавиться за 80 градусів і самозаймається за 525 градусів. Нафталін широко використовується в хімічній промисловості, фармацевтиці, виробництві вибухових речовин та барвників. Питома теплота плавлення нафталіну становить 151 кДж/кг.

Гази метан і пропан використовуються як енергоносії і є сировиною в хімічній промисловості. Питома теплота плавлення метану становить 59 кДж/кг, а – 79.9 кДж/кг.

Щільність, теплопровідність та теплоємність льоду в залежності від температури

У таблиці наведено значення густини, теплопровідності, питомої теплоємності льоду в залежності від температури в інтервалі від 0 до -100°С.

За даними таблиці видно, що з зниженням температури питома теплоємність льоду зменшується, а теплопровідність і щільність льоду, навпаки, зростають. Наприклад, при температурі 0°С густина льоду має значення 916,2 кг/м 3а при температурі мінус 100°С його щільність стає рівною 925,7 кг/м 3 .

Значення питомої теплоємності льоду при 0°С становить 2050 Дж/(кгград). При зниженні температури льоду -5 до -100°С його питома теплоємність знижується в 1,45 рази. Теплоємність льоду вдвічі менша.

Теплопровідність льоду при зниженні температури з 0 до мінус 100°С збільшується з 2,22 до 3,48 Вт/(м·град). Лід більш теплопровідний, ніж вода - він може проводити в 4 рази більше тепла за однакових граничних умов.

Слід зазначити, що щільність льоду менше, проте зі зниженням температури щільність льоду зростає і при наближенні до абсолютного нуля температури щільність льоду стає близькою до величини густини води.

Теплофізичні властивості льоду та снігу

У таблиці представлені такі властивості льоду та снігу:

• щільність льоду, кг/м 3;
• теплопровідність льоду та снігу, ккал/(м·год·град) та Вт/(м·град);
• питома масова теплоємність льоду, ккал/(кгград) та Дж/кгград);
• коефіцієнт температуропровідності, м2/година і м2/сек.

Властивості льоду та снігу представлені в залежності від температури в інтервалі: для льоду від 0 до -120 ° С; для снігу від 0 до -50 ° С залежно від ущільненості (щільності). Температуропровідність льоду та снігу у таблиці наведена з множником 10 6 . Наприклад, температура льоду при температурі 0°С дорівнює 1,08 · 10 -6 м 2 /с.

Тиск насиченої пари льоду

У таблиці наведено значення тиску насиченої пари льоду при сублімації (перехід льоду в пар, рідку міну фазу) в залежності від температури в інтервалі від 0,01 до -80°С. З таблиці видно, що зі зниженням температури льоду тиск його насиченої пари знижується.

Джерела:

1. Волків. А.І., Жарський. І.М. Великий хімічний довідник. - М: Радянська школа, 2005. - 608 с.