صيغة لإيجاد الحرارة النوعية للانصهار. ذوبان وتبلور. الحرارة النوعية للانصهار والتبلور

http://sernam. رو/book_phis_t1.php? المعرف=272

§ 269. الحرارة النوعية للانصهار

لقد رأينا أنه تم إدخال وعاء به ثلج وماء غرفة دافئةلا يسخن حتى يذوب كل الجليد. وفي هذه الحالة يتم الحصول على الماء من الجليد عند نفس درجة الحرارة. في هذا الوقت، تتدفق الحرارة إلى خليط الماء المثلج، وبالتالي تزداد الطاقة الداخلية لهذا الخليط. ومن هذا يجب أن نستنتج أن الطاقة الداخلية للماء أكبر من الطاقة الداخلية للجليد عند نفس درجة الحرارة. لأن الطاقة الحركيةالجزيئات والماء والثلج هي نفسها، ثم الزيادة الطاقة الداخليةأثناء الذوبان هي الزيادة في الطاقة الكامنة للجزيئات

تظهر التجربة أن ما ورد أعلاه ينطبق على جميع البلورات. عند ذوبان البلورة، من الضروري زيادة الطاقة الداخلية للنظام بشكل مستمر، في حين تظل درجة حرارة البلورة والذوبان دون تغيير. عادة، تحدث زيادة في الطاقة الداخلية عندما يتم نقل كمية معينة من الحرارة إلى البلورة. ويمكن تحقيق نفس الهدف عن طريق بذل شغل، على سبيل المثال عن طريق الاحتكاك. لذا، فإن الطاقة الداخلية للمادة المصهورة تكون دائمًا أكبر من الطاقة الداخلية لنفس كتلة البلورات عند نفس درجة الحرارة. وهذا يعني أن الترتيب المرتب للجزيئات (في الحالة البلورية) يتوافق مع طاقة أقل من الترتيب المضطرب (في المنصهر).

تسمى كمية الحرارة اللازمة لتحويل وحدة الكتلة من البلورة إلى مصهور بنفس درجة الحرارة بالحرارة النوعية لانصهار البلورة. يتم التعبير عنها بالجول لكل كيلوغرام.

عندما تتصلب المادة، تنطلق حرارة الانصهار وتنتقل إلى الأجسام المحيطة.

تحديد الحرارة النوعية لانصهار الأجسام المقاومة للحرارة (الأجسام ذات درجة حرارة عاليةذوبان) ليست مهمة سهلة. حرارة نوعيةيمكن تحديد ذوبان بلورة منخفضة الذوبان مثل الجليد باستخدام المسعر. بعد سكب كمية معينة من الماء بدرجة حرارة معينة في المسعر وإلقاء كتلة معروفة من الجليد بدأت بالفعل في الذوبان، أي عند وجود درجة حرارة، ننتظر حتى يذوب كل الجليد وترتفع درجة حرارة الماء فيه يأخذ المسعر قيمة ثابتة. باستخدام قانون الحفاظ على الطاقة، سنضع معادلة التوازن الحراري (الفقرة 209)، والتي تسمح لنا بتحديد الحرارة النوعية لذوبان الجليد.

دع كتلة الماء (بما في ذلك مكافئ الماء للمسعر) تساوي كتلة الجليد - والسعة الحرارية النوعية للماء - ودرجة الحرارة الأولية للماء - ودرجة الحرارة النهائية - والحرارة النوعية للانصهار جليد - . معادلة التوازن الحراري لها الشكل

.

في الجدول يوضح الجدول 16 الحرارة النوعية للانصهار لبعض المواد. الجدير بالذكر هو ارتفاع حرارة ذوبان الجليد. هذا الظرف مهم للغاية لأنه يبطئ ذوبان الجليد في الطبيعة. ولو كانت الحرارة النوعية للانصهار أقل بكثير، لكانت فيضانات الربيع أقوى بعدة مرات. بمعرفة الحرارة النوعية للانصهار، يمكننا حساب مقدار الحرارة اللازمة لإذابة أي جسم. إذا تم تسخين الجسم بالفعل إلى درجة الانصهار، فيجب إنفاق الحرارة فقط لإذابته. إذا كانت درجة حرارته أقل من نقطة الانصهار، فلا تزال بحاجة إلى إنفاق الحرارة على التسخين. الجدول 16.

269.1. يتم إلقاء قطع من الجليد في وعاء به ماء، محمي بشكل جيد من تدفق الحرارة من الخارج. ما مقدار الثلج الذي يمكن رميه حتى يذوب تمامًا إذا كان هناك 500 جم من الماء في الوعاء؟ يمكن اعتبار السعة الحرارية للوعاء ضئيلة مقارنة بالسعة الحرارية للماء الموجود فيه. السعة الحرارية النوعية للثلج هي

http://earthz.ru/solves/Zadacha-po-fizike-641

01-06-2014 دلو يحتوي على خليط من الماء والثلج كتلته m=10 كجم. تم إحضار الدلو إلى الغرفة وبدأوا على الفور في قياس درجة حرارة الخليط. يظهر الاعتماد الناتج لدرجة الحرارة على الوقت T(ph) في الشكل. السعة الحرارية النوعية للماء هي cw = 4.2 J/(kg⋅K)، والحرارة النوعية لانصهار الجليد هي l = 340 كيلوجول/كجم.

حدد كتلة مل من الثلج الموجود في الدلو عند إحضاره إلى الغرفة. إهمال السعة الحرارية للدلو. الحل: كما يتبين من الرسم البياني، خلال الـ 50 دقيقة الأولى لم تتغير درجة حرارة الخليط وظلت تساوي 0 درجة مئوية. طوال هذا الوقت، تم استخدام الحرارة التي يتلقاها الخليط من الغرفة لإذابة الجليد. وبعد 50 دقيقة، ذاب كل الجليد وبدأت درجة حرارة الماء في الارتفاع. في 10 دقائق (من f1=50 إلى f2=60min) زادت درجة الحرارة بمقدار DT=2∘C. الحرارة الموردة إلى الماء من الغرفة خلال هذا الوقت تساوي q=cвmвДT=84 kJ. وهذا يعني أنه في أول 50 دقيقة، دخلت كمية الحرارة Q=5q=420 كيلوجول إلى الخليط من الغرفة. تم استخدام هذه الحرارة لإذابة الكتلة ml من الجليد: Q = ml. ومن ثم، فإن كتلة الجليد في الدلو الذي تم إحضاره إلى الغرفة تساوي ml=Q/l≈1.2 كجم.

http://www.msuee.ru/html2/med_gidr/l3_4.html

في هذا الدرس سوف ندرس مفهوم "الحرارة النوعية للانصهار". تصف هذه القيمة كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى 1 كجم من المادة عند نقطة انصهارها حتى تنتقل من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة (أو العكس).

سوف ندرس صيغة إيجاد كمية الحرارة اللازمة لإذابة (أو إطلاقها أثناء التبلور) لمادة ما.

الموضوع: حالات المادة

الدرس: الحرارة النوعية للانصهار

هذا الدرس مخصص للخاصية الرئيسية لانصهار (تبلور) مادة ما - الحرارة النوعية للانصهار.

تطرقنا في الدرس الأخير إلى سؤال: كيف تتغير الطاقة الداخلية للجسم أثناء الذوبان؟

لقد اكتشفنا أنه عند إضافة الحرارة تزيد الطاقة الداخلية للجسم. في الوقت نفسه، نحن نعلم أن الطاقة الداخلية للجسم يمكن وصفها بمفهوم مثل درجة الحرارة. كما نعلم بالفعل، فإن درجة الحرارة لا تتغير أثناء الذوبان. لذلك قد ينشأ الشك بأننا نتعامل مع مفارقة: الطاقة الداخلية تزداد ولكن درجة الحرارة لا تتغير.

تفسير هذه الحقيقة بسيط للغاية: يتم إنفاق كل الطاقة على تدمير الشبكة البلورية. العملية العكسية مشابهة: أثناء التبلور، تتحد جزيئات المادة معًا نظام موحد، في حين يتم إطلاق الطاقة الزائدة واستيعابها من قبل البيئة الخارجية.

ونتيجة للتجارب المختلفة، كان من الممكن إثبات أن نفس المادة تتطلب كميات مختلفة من الحرارة لتحويلها من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.

ثم تقرر مقارنة هذه الكميات من الحرارة بنفس كتلة المادة. وأدى ذلك إلى ظهور خاصية مثل الحرارة النوعية للانصهار.

تعريف

حرارة الانصهار النوعية- كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى 1 كجم من المادة المسخنة إلى درجة الانصهار لتحويلها من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.

يتم إطلاق نفس الكمية أثناء تبلور 1 كجم من المادة.

ويشار إليه بالحرارة النوعية للانصهار (الحرف اليوناني، يُقرأ باسم "لامدا" أو "لامدا").

الوحدات : . في هذه الحالة، لا توجد درجة حرارة في البعد، لأنه أثناء الذوبان (التبلور) لا تتغير درجة الحرارة.

لحساب كمية الحرارة اللازمة لإذابة مادة ما، يتم استخدام الصيغة:

كمية الحرارة (ي)؛

حرارة الانصهار النوعية (، والتي يتم البحث عنها في الجدول؛

كتلة المادة .

عندما يتبلور الجسم، تتم كتابته بعلامة "-"، حيث يتم إطلاق الحرارة.

مثال على ذلك الحرارة النوعية لانصهار الجليد:

. أو الحرارة النوعية لانصهار الحديد:

.

إن حقيقة أن الحرارة النوعية لانصهار الجليد أكبر من الحرارة النوعية لانصهار الحديد لا ينبغي أن تكون مفاجئة. تعتمد كمية الحرارة التي تحتاجها مادة معينة من أجل ذوبانها على خصائص المادة، وعلى وجه الخصوص، على طاقة الروابط بين جزيئات هذه المادة.

تناولنا في هذا الدرس مفهوم الحرارة النوعية للانصهار.

سوف نتعلم في الدرس التالي كيفية حل المسائل المتعلقة بتسخين الأجسام البلورية وصهرها.

فهرس

1. Gendenshtein L. E.، Kaidalov A. B.، Kozhevnikov V. B. Physics 8 / Ed. Orlova V. A.، Roizena I. I. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A. V. الفيزياء 8. - م: بوستارد، 2010.
3. Fadeeva A. A.، Zasov A. V.، Kiselev D. F. Physics 8. - M.: التعليم.

1. الفيزياء والميكانيكا وغيرها ().
2. الفيزياء الرائعة ().
3. بوابة الإنترنت Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

العمل في المنزل

يوضح الرسم البياني (الشكل 198) بوضوح شديد أنه بينما يذوب النفثالين، فإن درجة حرارته لا تتغير. وفقط بعد أن يذوب تمامًا تبدأ درجة حرارة السائل الناتج في الارتفاع.ولكن حتى أثناء عملية الصهر، يتلقى النفثالين الطاقة من الوقود المحترق في المدفأة. ويترتب على قانون حفظ الطاقة أنها لا يمكن أن تختفي. ما هي طاقة الوقود المستهلكة أثناء عملية الصهر؟

يمكن الإجابة على هذا السؤال إذا تذكرنا أنه أثناء ذوبان البلورة يتم تدميرها. هذا هو المكان الذي يتم فيه إنفاق الطاقة.

وبالتالي الطاقة التي يتلقاها الجسم البلوري بعد ذلك لأنه تم تسخينه بالفعل إلى درجة الانصهار،ينفق على تغيير طاقته الداخلية أثناء التحول إلى الحالة السائلة.

كمية الحرارة اللازمة لتحويل مادة صلبة عند نقطة الانصهار مادة بلوريةتسمى كتلة 1 كجم من السائل بالحرارة النوعية للانصهار.

حرارة نوعية يتم قياس الذوبان بـ J/kgويشار إليه بالحرف α.

يتم تحديد الحرارة النوعية للانصهار تجريبيا. لذا، تجريبياوقد وجد أن الحرارة النوعية لانصهار الجليد هي 3.4 · 10 · 5 جول/كجم. وهذا يعني أنه لتحويل قطعة من الجليد تزن 1 كجم، مأخوذة عند درجة حرارة 0 درجة مئوية، إلى ماء بنفس درجة الحرارة، يلزم 3.4 · 10 · 5 J.

لذلك، عند درجة حرارة الانصهار، تكون الطاقة الداخلية لمادة تزن 1 كجم الحالة السائلة أكثر داخليةطاقة لها نفس كتلة المادة في الحالة الصلبة للحرارة النوعية للانصهار.

على سبيل المثال، الطاقة الداخلية للماء الذي يزن 1 كجم عند درجة حرارة 0 درجة مئوية هي 3.4105J المزيد من الطاقة الداخلية للجليدوزن 1 كجم عند نفس درجة الحرارة.

مثال. لتحضير اللحاء، وضع السائح 2 كجم من الثلج في وعاء عند درجة حرارة 0 درجة مئوية. كم الحرارة اللازمة لتحويل هذاالثلج في الماء المغلي عند 100 درجة مئوية؟

ما مقدار الحرارة المطلوبة إذا أخذ السائح، بدلاً من الجليد، 2 كجم من الماء من حفرة جليدية عند درجة حرارة 0 درجة مئوية؟

إذا تم أخذ 2 كجم من الماء بدلاً من الثلج عند 0 درجة مئوية، فإن كمية الحرارة المطلوبة فقط لتسخينه من 0 إلى 100 درجة مئوية ستكون مطلوبة، أي Q2 = 8.4 10 5 J.

أسئلة. 1. كيف يمكننا أن نفسر أنه خلال عملية ذوبان الجسم البلوري بأكملها لا تتغير درجة حرارته؟ 2. ما هي طاقة الوقود المحترق في المدفأة عند ذوبان جسم بلوري؟ 3. ما هي الحرارة النوعية للانصهار؟ 4. ما هي الوحدات التي يتم التعبير عن الحرارة النوعية للانصهار؟

تمارين.يوضح الشكل 199 الرسوم البيانية للتغيرات في درجات الحرارة مقابل الزمن لجسمين لهما نفس الكتلة. ما هي المادة الصلبة التي لها نقطة انصهار أعلى؟ أيها حرارة اندماج أعلى؟ هل السعات الحرارية النوعية للأجسام متساوية؟

الانصهار هو انتقال الجسم من الحالة الصلبة البلورية إلى الحالة السائلة. يحدث الانصهار مع امتصاص حرارة محددة من الانصهار وهو مرحلة انتقالية من الدرجة الأولى.

تشير القدرة على الذوبان إلى الخصائص الفيزيائيةمواد

عند الضغط الطبيعي، يتمتع التنغستن بأعلى نقطة انصهار بين المعادن (3422 درجة مئوية). مواد بسيطةبشكل عام - الكربون (وفقًا لمصادر مختلفة، 3500 - 4500 درجة مئوية) وبين المواد التعسفية - كربيد الهافنيوم HfC (3890 درجة مئوية). يمكننا أن نفترض أن الهيليوم لديه أدنى نقطة انصهار: عند الضغط العادي يظل سائلاً عند درجات حرارة منخفضة بشكل تعسفي.

العديد من المواد عند الضغط الطبيعي لا تحتوي على مرحلة سائلة. عند تسخينها، فإنها تتحول على الفور إلى حالة غازية عن طريق التسامي.

الشكل 9 - ذوبان الجليد

التبلور هو عملية انتقال طور المادة من الحالة السائلة إلى الحالة البلورية الصلبة مع تكوين البلورات.

الطور هو جزء متجانس من نظام ديناميكي حراري مفصول عن الأجزاء الأخرى من النظام (الأطوار الأخرى) بواسطة واجهة، عند المرور من خلالها التركيب الكيميائيتتغير بنية المادة وخصائصها فجأة.

الشكل 10 - تبلور الماء مع تكوين الجليد

التبلور هو عملية عزل الطور الصلب على شكل بلورات من المحاليل أو المنصهرات، وفي الصناعة الكيميائية تستخدم عملية التبلور للحصول على المواد في شكلها النقي.

يبدأ التبلور عند الوصول إلى حالة محددة معينة، على سبيل المثال، التبريد الفائق للسائل أو التشبع الفائق للبخار، عندما تظهر العديد من البلورات الصغيرة - مراكز التبلور - على الفور تقريبًا. تنمو البلورات عن طريق ربط ذرات أو جزيئات من سائل أو بخار. ويحدث نمو الوجوه البلورية طبقة بعد طبقة، وتتحرك حواف الطبقات الذرية غير المكتملة (الخطوات) على طول الوجه أثناء نموها. يؤدي اعتماد معدل النمو على ظروف التبلور إلى مجموعة متنوعة من أشكال النمو والهياكل البلورية (متعددة السطوح، الصفائحية، على شكل إبرة، هيكل عظمي، شجيري وأشكال أخرى، هياكل قلم رصاص، وما إلى ذلك). أثناء التبلور، تنشأ حتما عيوب مختلفة.

يتأثر عدد مراكز التبلور ومعدل النمو بشكل كبير بدرجة التبريد الفائق.

درجة التبريد الفائق هي مستوى تبريد المعدن السائل تحت درجة حرارة انتقاله إلى التعديل البلوري (الصلب). من الضروري التعويض عن طاقة الحرارة الكامنة للتبلور. التبلور الأولي هو تكوين بلورات في المعادن (والسبائك) أثناء التحول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.

الحرارة النوعية للانصهار (أيضًا: المحتوى الحراري للانصهار؛ هناك أيضًا مفهوم مكافئ للحرارة النوعية للتبلور) - كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى وحدة كتلة واحدة من مادة بلورية في عملية توازن متساوي الضغط متساوي الحرارة من أجل الحصول على لنقلها من الحالة الصلبة (البلورية) إلى الحالة السائلة (ثم يتم إطلاق نفس الكمية من الحرارة أثناء تبلور المادة).

كمية الحرارة أثناء الذوبان أو التبلور: Q=ml

التبخر والغليان. حرارة التبخير النوعية

التبخر هو عملية انتقال المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (البخار). عملية التبخر هي عكس عملية التكثيف (الانتقال من الحالة البخارية إلى الحالة السائلة. التبخر (التبخير)، انتقال المادة من الحالة المكثفة (الصلبة أو السائلة) إلى الحالة الغازية (البخار)؛ من الدرجة الأولى المرحلة الانتقالية.

هناك مفهوم أكثر تطورًا للتبخر في الفيزياء العليا

التبخر هو عملية تطير فيها الجزيئات (الجزيئات والذرات) (تنفصل) عن سطح سائل أو صلب، مع Ek > Ep.

الشكل 11 - التبخر على كوب من الشاي

الحرارة النوعية للتبخر (التبخير) (L) هي كمية فيزيائية تشير إلى كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى 1 كجم من المادة المأخوذة عند درجة الغليان لتحويلها من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية. يتم قياس الحرارة النوعية للتبخر بـ J/kg.

الغليان هو عملية التبخير في السائل (انتقال المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية)، مع ظهور حدود فصل الطور. نقطة الغليان عند الضغط الجويعادة ما يتم إعطاءها كواحدة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية الرئيسية لمادة نقية كيميائيا.

الغليان هو مرحلة انتقالية من الدرجة الأولى. يحدث الغليان بشكل أكثر كثافة من التبخر من السطح، بسبب تكوين مراكز التبخر، التي تحددها درجة حرارة الغليان المحققة ووجود الشوائب.

يمكن أن تتأثر عملية تكوين الفقاعة بالضغط، موجات صوتيةالتأين. على وجه الخصوص، تعمل غرفة الفقاعة على مبدأ غليان كميات صغيرة من السائل من التأين أثناء مرور الجزيئات المشحونة.

الشكل 12 - الماء المغلي

كمية الحرارة أثناء الغليان وتبخر السائل وتكثيف البخار: Q=mL

أن المادة يمكن أن تكون في إحدى الحالات - غازية، سائلة، صلبة. ويمكن أن ينتقل من واحد إلى آخر. وأبسط مثال على ذلك هو أن قطعة من الجليد تذوب وتتحول إلى سائل ثم إلى بخار. في عملية التحول إلى بخار برمتها، تكون مرحلة الذوبان وأحد معالمها هي الحرارة النوعية للانصهار.

إذا تذكرنا كيف يحدث الذوبان، يمكننا أن نميز عدة مراحل. لنأخذ زمام المبادرة كمثال. في المرحلة الأولى، يتم تسخين الرصاص، وترتفع درجة الحرارة إلى 327 (نقطة الانصهار). بعد بدء الذوبان، لا يحدث شيء لفترة طويلة.

تظل درجة حرارة الرصاص، على الرغم من الحرارة الموردة إليه، ثابتة وتظل على هذا النحو حتى تكتمل العملية برمتها. وفقط بعد ذلك، مع استمرار التسخين، تبدأ درجة الحرارة في الارتفاع مرة أخرى. بعض الاستنتاجات تتبع من الصورة المرصودة. ش صلبجميع الجزيئات في ترتيب معين وترتبط بشدة بالجزيئات المجاورة.

ولكي تنتقل بحرية إلى مكان آخر، يجب كسر الروابط مع الجزيئات المجاورة، وهو ما يحدث أثناء عملية الذوبان. للقيام بذلك، يجب على الجسم نقل كمية معينة من الحرارة، تسمى حرارة الانصهار. لكل مادة سوف تحتاج كميات مختلفةحرارة. يرجع السبب إلى خاصية المادة مثل الحرارة النوعية للانصهار، والتي يتم تعريفها على أنها كمية الحرارة المستهلكة في ذوبان كيلوغرام واحد من المادة. وحدة القياس هي الجول/كيلوجرام.

وكما ذكرنا سابقًا، تختلف هذه القيمة لكل مادة. ويختلف ذوبان الرصاص عن نفس القيمة بالنسبة للجليد. وهنا تنشأ لحظة مثيرة للاهتمام للغاية. تبلغ الحرارة النوعية لانصهار الفولاذ 85 كيلوجول/كجم، وبالنسبة للماء (الثلج) تبلغ نفس المعلمة 335 كيلوجول/كجم. في الجليد، يمكن اعتبار القيمة العالية لهذه المعلمة هدية عظيمة من الطبيعة.

لأنه بفضل هذا، لا يذوب كل الثلج والجليد على الفور، ولكن كل شيء يحدث على مدى فترة طويلة من الزمن. ولولا ذلك لذابت الثلوج بسرعة كبيرة ولكانت الفيضانات أكثر وفرة وتدميرا. بالإضافة إلى ذلك، مثل خصائص فريدة من نوعهاتساعد المياه على استقرار مناخ الكوكب.

توجد جداول تحتوي على بيانات حول الحرارة النوعية للانصهار للمواد الفردية. وبمعرفة هذه القيمة، يتم حساب مقدار الحرارة اللازمة لصهر المادة وتحديد مقدار الوقود اللازم لتنفيذ الصهر. إذا سخن جسم إلى درجة الانصهار فإن الحرارة لا تحتاج إلا للانصهار، وإذا كانت درجة حرارته أقل من درجة الانصهار فإن الحرارة ضرورية لتسخين المادة حتى

مثل هذه الحسابات مفيدة للغاية في الصناعة لحساب تكاليف الإنتاج.

بالمناسبة، عندما تبرد المادة المنصهرة، تحدث العملية المعاكسة للانصهار - التبلور. في هذه الحالة، عندما تبرد المادة، يتم استعادة الروابط المكسورة بين الجزيئات ويتم إطلاق الحرارة.

وبالنظر إلى عملية ذوبان المادة والظواهر التي تحدث خلال هذه العملية، تم تعريف مفهوم مثل الحرارة النوعية للانصهار. تمت مقارنة هذا المؤشر بمواد مختلفة وتم تحديد مدى تأثير القيمة العالية لهذه المعلمة في الجليد بشكل مفيد على مناخ الكوكب.