صيغة إيجاد الحرارة النوعية للانصهار. الذوبان والتبلور. الحرارة النوعية للانصهار والتبلور

http: // sernam. ar / book_phis_t1.php؟ المعرف = 272

269. الحرارة النوعية للانصهار

لقد رأينا أن وعاء من الجليد والماء يدخل غرفة دافئة، لا تسخن حتى يذوب كل الثلج. في نفس الوقت ، 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. من هذا يجب أن نستنتج أن الطاقة الداخلية للماء أكبر من الطاقة الداخلية للجليد عند نفس درجة الحرارة. لان الطاقة الحركيةالجزيئات والماء والجليد في نفس الوقت ، ثم الزيادة الطاقة الداخليةأثناء الذوبان هو زيادة في الطاقة الكامنة للجزيئات

تظهر التجربة أن ما قيل ينطبق على جميع البلورات. عندما تذوب البلورة ، من الضروري زيادة الطاقة الداخلية للنظام باستمرار ، بينما تظل درجة حرارة البلورة والصهر دون تغيير. عادة ، تحدث زيادة في الطاقة الداخلية عندما يتم نقل كمية معينة من الحرارة إلى البلورة. يمكن تحقيق نفس الهدف من خلال العمل ، على سبيل المثال عن طريق الاحتكاك. لذا ، فإن الطاقة الداخلية للذوبان تكون دائمًا أكبر من الطاقة الداخلية لنفس كتلة البلورات عند نفس درجة الحرارة. هذا يعني أن الترتيب المنظم للجسيمات (في الحالة البلورية) يتوافق مع طاقة أقل من الترتيب غير المنتظم (في الذوبان).

تسمى كمية الحرارة المطلوبة لتحويل كتلة وحدة البلورة إلى ذوبان بنفس درجة الحرارة بالحرارة النوعية لانصهار البلورة. يتم التعبير عنها بالجول لكل كيلوغرام.

عندما تصلب مادة ما ، يتم إطلاق حرارة الاندماج ونقلها إلى الأجسام المحيطة.

تحديد الحرارة النوعية لانصهار الأجسام المقاومة للصهر (الأجسام ذات درجة حرارة عاليةالذوبان) مهمة صعبة. حرارة نوعيةيمكن تحديد ذوبان بلورة منخفضة الذوبان مثل الجليد باستخدام مقياس المسعر. بعد أن سكب في المسعر كمية معينة من الماء بدرجة حرارة معينة ورمي فيها كتلة معلومة من الجليد بدأت بالفعل في الذوبان ، أي مع ارتفاع درجة الحرارة ، ننتظر حتى يذوب كل الجليد ودرجة حرارة الماء في المسعر يأخذ قيمة ثابتة. باستخدام قانون الحفاظ على الطاقة ، سنقوم بتكوين معادلة توازن الحرارة (§ 209) ، والتي تسمح لنا بتحديد الحرارة النوعية لذوبان الجليد.

دع كتلة الماء (بما في ذلك المكافئ المائي للمسعر) تساوي كتلة الجليد - ، الحرارة النوعية للماء - ، درجة الحرارة الأولية للماء - ، النهائية - ، الحرارة النوعية لذوبان الجليد -. معادلة توازن الحرارة لها الشكل

.

في الجدول. يوضح الشكل 16 قيم الحرارة النوعية لانصهار بعض المواد. وتجدر الإشارة إلى ارتفاع درجة حرارة ذوبان الجليد. هذا الظرف مهم للغاية ، لأنه يبطئ ذوبان الجليد في الطبيعة. إذا كانت الحرارة المحددة للانصهار أقل بكثير ، فإن فيضانات الربيع ستكون أقوى عدة مرات. بمعرفة الحرارة النوعية للانصهار ، يمكننا حساب مقدار الحرارة اللازمة لإذابة أي جسم. إذا تم تسخين الجسم بالفعل إلى نقطة الانصهار ، فيجب أن يتم إنفاق الحرارة فقط لإذابه. إذا كانت درجة الحرارة أقل من نقطة الانصهار ، فمن الضروري إنفاق الحرارة على التسخين. الجدول 16

269.1. يتم إلقاء قطع من الجليد في وعاء به ماء ، محمي جيدًا من تدفق الحرارة من الخارج. ما هي كمية الثلج التي يمكن رميها حتى تذوب تمامًا إذا كان هناك 500 جرام من الماء في الوعاء؟ يمكن اعتبار السعة الحرارية للوعاء ضئيلة مقارنة بالسعة الحرارية للماء الموجود فيه. السعة الحرارية النوعية للجليد هي

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

2014-06-01 دلو يحتوي على خليط من الماء والثلج كتلته م = 10 كغم. تم إحضار الدلو إلى الغرفة وبدأ على الفور في قياس درجة حرارة الخليط. يظهر الاعتماد الناتج لدرجة الحرارة على الوقت T (f) في الشكل.

حدد كتلة مل من الثلج في الدلو عند إدخاله إلى الغرفة. تجاهل السعة الحرارية للجرافة. الحل: كما يتضح من الرسم البياني ، لم تتغير درجة حرارة الخليط خلال أول 50 دقيقة وظلت تساوي 0 درجة مئوية. طوال هذا الوقت ، تم استخدام الحرارة التي يتلقاها الخليط من الغرفة لإذابة الجليد. بعد 50 دقيقة ، ذاب كل الجليد وبدأت درجة حرارة الماء في الارتفاع. لمدة 10 دقائق (من f1 = 50 إلى f2 = 60 دقيقة) زادت درجة الحرارة بمقدار DT = 2 درجة مئوية. الحرارة الموفرة للمياه من الغرفة خلال هذا الوقت تساوي q = cvvdt = 84kJ. هذا يعني أنه خلال أول 50 دقيقة ، تم توفير كمية الحرارة Q = 5q = 420kJ إلى الخليط من الغرفة. ذهبت هذه الحرارة إلى ذوبان كتلة مل من الجليد: Q = lml. وبالتالي ، فإن كتلة الثلج في الدلو الذي يتم إحضاره إلى الغرفة تساوي ml = Q / l≈1.2kg.

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

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

سوف ندرس الصيغة لإيجاد كمية الحرارة المطلوبة لإذابة (أو إطلاق أثناء التبلور) مادة.

الموضوع: حالات المادة المجمعة

الدرس: الحرارة النوعية للانصهار

هذا الدرس مخصص للخاصية الرئيسية للذوبان (التبلور) للمادة - الحرارة النوعية للانصهار.

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

وجدنا أنه عندما يتم توفير الحرارة ، تزداد الطاقة الداخلية للجسم. في الوقت نفسه ، نعلم أن الطاقة الداخلية للجسم يمكن أن تتميز بمفهوم مثل درجة الحرارة. كما نعلم بالفعل ، أثناء الذوبان ، لا تتغير درجة الحرارة. لذلك ، قد ينشأ شك في أننا نتعامل مع مفارقة: الطاقة الداخلية تزداد ، لكن درجة الحرارة لا تتغير.

تفسير هذه الحقيقة بسيط للغاية: يتم إنفاق كل الطاقة على تدمير الشبكة البلورية. وبالمثل ، في العملية العكسية: أثناء التبلور ، يتم دمج جزيئات المادة في نظام واحد، بينما يتم إطلاق الطاقة الزائدة وامتصاصها من قبل البيئة الخارجية.

نتيجة للتجارب المختلفة ، كان من الممكن إثبات أن نفس المادة تتطلب كمية مختلفة من الحرارة لنقلها من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.

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

تعريف

الحرارة النوعية للانصهار- كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى 1 كجم من مادة مسخنة إلى درجة الانصهار لنقلها من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.

يتم تحرير نفس القيمة أثناء تبلور 1 كجم من المادة.

يشار إلى الحرارة النوعية للانصهار (الحرف اليوناني ، يُقرأ على أنه "لامدا" أو "لامدا").

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

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

كمية الحرارة (J) ؛

الحرارة النوعية للانصهار (التي يتم البحث عنها في الجدول ؛

كتلة المادة.

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

مثال على ذلك هو الحرارة النوعية لذوبان الجليد:

. أو الحرارة النوعية لانصهار الحديد:

.

لا ينبغي أن يكون مفاجئًا أن تكون الحرارة النوعية لذوبان الجليد أكبر من الحرارة النوعية لذوبان الحديد. تعتمد كمية الحرارة التي تحتاجها مادة معينة لتذوب على خصائص المادة ، على وجه الخصوص ، على طاقة الروابط بين جزيئات هذه المادة.

في هذا الدرس ، نظرنا في مفهوم الحرارة النوعية للانصهار.

في الدرس التالي ، سوف نتعلم كيفية حل مشاكل التسخين وذوبان الأجسام البلورية.

فهرس

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

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

الواجب المنزلي

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

يمكن الإجابة على هذا السؤال إذا تذكرنا أنه أثناء الذوبان ، يحدث تدمير البلورة. هذا ما يستهلك الطاقة.

لذلك ، الطاقة التي يتلقاها الجسم البلوري ، بعد ذلك حيث يتم تسخينه بالفعل إلى درجة انصهاره ،ينفق على تغيير طاقته الداخلية أثناء الانتقال إلى الحالة السائلة.

كمية الحرارة المطلوبة للتحول عند نقطة انصهار مادة صلبة مادة بلوريةيسمى وزن 1 كجم في سائل بالحرارة النوعية للانصهار.

حرارة نوعية يقاس الانصهار بـ J / kgويشار إليها بالحرف λ.

تحديد الحرارة النوعية للانصهار في التجربة. لذا، تجريبياوجد أن الحرارة النوعية لذوبان الجليد تساوي 3.4 10 5 J / kg. هذا يعني أنه لتحويل قطعة من الثلج تزن 1 كجم ، مأخوذة عند 0 درجة مئوية ، إلى ماء بنفس درجة الحرارة ، يلزم إنفاق 3.4 10 5 ج.

لذلك ، عند نقطة الانصهار ، الطاقة الداخلية لمادة كتلتها 1 كجم الحالة السائلة الداخلية أكثرالطاقة من نفس الكتلة من مادة في الحالة الصلبة لكل حرارة انصهار معينة.

على سبيل المثال ، الطاقة الداخلية لماء يزن 1 كجم عند درجة حرارة 0 درجة مئوية بمقدار 3.4 10 5 جول المزيد من الطاقة الداخلية للجليديزن 1 كجم عند نفس درجة الحرارة.

مثال. لتحضير اللحاء ، يضع السائح 2 كجم من الثلج ، بدرجة حرارة 0 درجة مئوية ، في القدر. كم الحرارة ضروري لتحويل هذاثلج في ماء مغلي عند 100 درجة مئوية؟

ما مقدار الحرارة المطلوب إذا أخذ السائح ، بدلاً من الثلج ، 2 كجم من الماء من ثقب جليدي عند درجة حرارة 0 درجة مئوية؟

إذا تم أخذ 2 كجم من الماء عند 0 درجة مئوية بدلاً من الثلج ، فستكون هناك حاجة إلى كمية الحرارة اللازمة فقط لتسخينه من 0 إلى 100 درجة مئوية ، أي Q2 = 8.4 10 5 J.

أسئلة. 1. كيف نفسر أنه طوال فترة ذوبان الجسم البلوري ، لا تتغير درجة حرارته؟ 2. ما هي الطاقة المستخدمة لحرق الوقود في السخان أثناء ذوبان الجسم البلوري؟ 3. ما هي الحرارة النوعية للانصهار؟ 4. في أي وحدات يتم التعبير عن الحرارة النوعية للانصهار؟

تمارين.يوضح الشكل 199 الرسوم البيانية لتغير درجة الحرارة مقابل الوقت لجسمين من نفس الكتلة. أي الجسم لديه أعلى نقطة انصهار؟ أيّ المزيد من حرارة الانصهار؟ هل السعات الحرارية النوعية للأجسام هي نفسها؟

الذوبان هو انتقال الجسم من الحالة الصلبة البلورية إلى الحالة السائلة. يحدث الانصهار بامتصاص الحرارة النوعية للانصهار وهو مرحلة انتقالية من الدرجة الأولى.

القدرة على الذوبان تشير إلى الخصائص الفيزيائيةمواد

عند الضغط العادي ، يكون للتنغستن أعلى 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 ، يبقى سائلاً عند درجات حرارة منخفضة بشكل تعسفي.

العديد من المواد عند الضغط الطبيعي لا تحتوي على مرحلة سائلة. عند تسخينها ، تنتقل على الفور إلى الحالة الغازية عن طريق التسامي.

الشكل 9 - ذوبان الجليد

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

المرحلة هي جزء متجانس من نظام ديناميكي حراري منفصل عن أجزاء أخرى من النظام (مراحل أخرى) بواسطة واجهة ، عند المرور من خلالها التركيب الكيميائي، تتغير بنية وخصائص المادة في القفزات.

الشكل 10 - تبلور الماء مع تكوين الجليد

التبلور هو عملية فصل المرحلة الصلبة في شكل بلورات من المحاليل أو الذوبان ؛ في الصناعة الكيميائية ، تُستخدم عملية التبلور للحصول على المواد في شكل نقي.

يبدأ التبلور عند الوصول إلى حالة تقييد معينة ، على سبيل المثال ، التبريد الفائق للسائل أو التشبع الفائق للبخار ، عندما تظهر العديد من البلورات الصغيرة على الفور تقريبًا - مراكز التبلور. تنمو البلورات عن طريق ربط الذرات أو الجزيئات من سائل أو بخار. يحدث نمو الوجوه البلورية طبقة تلو الأخرى ، وتتحرك حواف الطبقات الذرية غير المكتملة (خطوات) على طول الوجه أثناء النمو. يؤدي اعتماد معدل النمو على ظروف التبلور إلى مجموعة متنوعة من أشكال النمو والهياكل البلورية (متعددة السطوح ، الصفائحية ، الأوتار ، الهيكلية ، التشجيرية والأشكال الأخرى ، هياكل القلم الرصاص ، إلخ). في عملية التبلور ، تنشأ حتمًا عيوب مختلفة.

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

درجة التبريد الفائق هي مستوى تبريد معدن سائل تحت درجة حرارة انتقاله إلى تعديل بلوري (صلب). من الضروري تعويض طاقة الحرارة الكامنة للتبلور. التبلور الأولي هو تكوين بلورات في المعادن (والسبائك) أثناء الانتقال من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.

الحرارة النوعية للانصهار (أيضًا: المحتوى الحراري للانصهار ؛ يوجد أيضًا مفهوم مكافئ للحرارة النوعية للتبلور) هي كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى وحدة واحدة من كتلة مادة بلورية في عملية توازن متساوي الضغط متساوية الحرارة بالترتيب لنقلها من الحالة الصلبة (البلورية) إلى الحالة السائلة (حيث يتم إطلاق نفس الكمية من الحرارة أثناء تبلور مادة ما).

كمية الحرارة أثناء الذوبان أو التبلور: س = مل

التبخر والغليان. الحرارة النوعية للتبخير

التبخر هو عملية انتقال المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (البخار). عملية التبخر هي عكس عملية التكثيف (الانتقال من بخار إلى حالة سائلة. التبخر (التبخر) ، انتقال مادة من طور مكثف (صلب أو سائل) إلى طور غازي (بخار) ؛ طور من الدرجة الأولى انتقال.

هناك مفهوم أكثر تفصيلاً للتبخر في الفيزياء العليا

التبخر هو عملية تطير فيها الجزيئات (الجزيئات ، الذرات) (تنفجر) من سطح سائل أو صلب ، بينما Ek> Ep.

الشكل 11 - التبخر فوق كوب من الشاي

الحرارة النوعية للتبخر (التبخر) (L) هي كمية فيزيائية توضح كمية الحرارة التي يجب الإبلاغ عنها إلى 1 كجم من المادة المأخوذة عند نقطة الغليان من أجل نقلها من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية. يتم قياس الحرارة النوعية للتبخير بوحدة J / كجم.

الغليان هو عملية تبخير في سائل (انتقال مادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية) ، مع ظهور حدود فصل الطور. نقطة الغليان عند الضغط الجويتُعطى عادةً كواحدة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية الرئيسية لمادة نقية كيميائيًا.

الغليان هو مرحلة انتقالية من الدرجة الأولى. يحدث الغليان بشكل مكثف أكثر من التبخر من السطح ، بسبب تكوين بؤر التبخر ، بسبب كل من نقطة الغليان التي تم الوصول إليها ووجود الشوائب.

يمكن أن تتأثر عملية تكوين الفقاعات بالضغط ، موجات صوتيةالتأين. على وجه الخصوص ، تعمل غرفة الفقاعة على مبدأ غليان الأحجام الدقيقة السائلة من التأين أثناء مرور الجسيمات المشحونة.

الشكل 12 - الماء المغلي

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

يمكن أن تكون المادة في إحدى الحالات - غازية ، سائلة ، صلبة. ويمكن أن ينتقل من واحد إلى الآخر. أبسط مثال - قطعة من الجليد تذوب وتتحول إلى سائل ثم إلى بخار. في هذه العملية الكاملة للتحول إلى بخار ، تكون مرحلة الانصهار مثيرة جدًا للاهتمام وأحد معاييرها هي الحرارة المحددة للانصهار.

إذا كنت تتذكر كيف يحدث الذوبان ، فيمكن التمييز بين عدة مراحل. لنأخذ زمام المبادرة كمثال. في المرحلة الأولى ، يتم تسخين الرصاص ، وترتفع درجة الحرارة إلى 327 (نقطة الانصهار). بعد أن يبدأ الذوبان ، لا يحدث شيء لفترة طويلة.

تظل درجة حرارة الرصاص ، على الرغم من الحرارة التي يتم توفيرها له ، ثابتة وتظل كذلك حتى تكتمل العملية برمتها. وفقط بعد ذلك ، مع استمرار التسخين ، تبدأ درجة الحرارة في الارتفاع مرة أخرى. بعض الاستنتاجات تتبع من الصورة المرصودة. في جسم صلبجميع الجزيئات في ترتيب معين وترتبط ارتباطًا وثيقًا بالجزيئات المجاورة.

من أجل أن تتحرك بحرية إلى مكان آخر ، يجب كسر الروابط مع الجزيئات المجاورة ، وهو ما يحدث أثناء عملية الذوبان. للقيام بذلك ، يجب أن ينقل الجسم معدل حرارة معينًا يسمى حرارة الاندماج. لكل مادة تحتاجها كمية مختلفةالحرارة. يرجع السبب إلى خاصية مادة مثل الحرارة النوعية للانصهار ، والتي تُعرَّف على أنها مقدار الحرارة المنفقة لصهر كيلوغرام واحد من المادة. وحدة القياس هي جول / كيلوغرام.

كما ذكرنا سابقًا ، تختلف هذه القيمة لكل مادة. ذوبان الرصاص يختلف عن نفس القيمة للجليد. وهنا تظهر لحظة فضولية للغاية. تبلغ الحرارة النوعية لانصهار الفولاذ في المتوسط ​​85 كيلو جول / كجم ، وبالنسبة للماء (الجليد) فإن نفس المعلمة تكون في المتوسط ​​335 كيلو جول / كجم. بالنسبة للجليد ، يمكن اعتبار القيمة العالية لهذه المعلمة هدية رائعة من الطبيعة.

في الواقع ، بفضل هذا ، لا يذوب كل الثلج والجليد على الفور ، ولكن كل شيء يحدث لفترة طويلة. خلاف ذلك ، سوف يذوب الثلج بسرعة كبيرة ، وستكون الفيضانات أكثر وفرة وتدميرًا. بالإضافة إلى ذلك ، مثل خصائص فريدة من نوعهايساعد الماء على استقرار المناخ على الكوكب.

توجد جداول ببيانات عن الحرارة النوعية لانصهار المواد الفردية. بمعرفة هذه القيمة ، يتم حساب مقدار الحرارة اللازمة لصهر المادة ، وتحديد كمية الوقود اللازمة لإجراء عملية الصهر. إذا تم تسخين الجسم إلى درجة الانصهار ، فإن الحرارة مطلوبة فقط للذوبان ، وإذا كانت درجة حرارته أقل من نقطة الانصهار ، فإن الحرارة ضرورية لتسخين المادة إلى

هذه الحسابات مفيدة للغاية في الصناعة لحساب تكاليف الإنتاج.

بالمناسبة ، عندما تبرد المادة المنصهرة ، تحدث عملية الانصهار العكسية - التبلور. في هذه الحالة ، عندما تبرد المادة ، يتم استعادة الروابط المكسورة بين الجزيئات ويتم إطلاق الحرارة.

بالنظر إلى عملية صهر المادة والظواهر التي تحدث في هذه العملية ، تم تعريف مفهوم مثل الحرارة المحددة للانصهار. تمت مقارنة هذا المؤشر بمواد مختلفة ، وتم تحديد كيف يكون للقيمة العالية لهذه المعلمة في الجليد تأثير مفيد على مناخ الكوكب.