Формула за намиране на специфичната топлина на топене. Топене и кристализация. Специфична топлина на топене и кристализация

http://sernam. ru/book_phis_t1.php? id=272

§ 269. Специфична топлина на топене

Видяхме, че се внася съд с лед и вода топла стая, не загрява, докато целият лед не се разтопи. В този случай водата се получава от лед при същата температура. По това време топлината се влива в сместа лед-вода и следователно вътрешната енергия на тази смес се увеличава. От това трябва да заключим, че вътрешната енергия на водата при е по-голяма от вътрешната енергия на леда при същата температура. защото кинетична енергиямолекули, вода и лед са еднакви, след това увеличението вътрешна енергияпо време на топенето е увеличаването на потенциалната енергия на молекулите

Опитът показва, че горното е вярно за всички кристали. При топенето на кристал е необходимо непрекъснато да се увеличава вътрешната енергия на системата, докато температурата на кристала и стопилката остава непроменена. Обикновено увеличаването на вътрешната енергия възниква, когато определено количество топлина се прехвърли към кристала. Същата цел може да се постигне чрез извършване на работа, например чрез триене. Така че вътрешната енергия на една стопилка винаги е по-голяма от вътрешната енергия на същата маса кристали при същата температура. Това означава, че подреденото разположение на частиците (в кристално състояние) съответства на по-ниска енергия от неподреденото разположение (в стопилката).

Количеството топлина, необходимо за трансформиране на единица маса от кристал в стопилка със същата температура, се нарича специфична топлина на топене на кристала. Изразява се в джаули на килограм.

Когато дадено вещество се втвърди, топлината на топене се освобождава и се предава на околните тела.

Определяне на специфичната топлина на топене на огнеупорни тела (тела с висока температуратопене) не е лесна задача. Специфична топлинатопенето на кристал с ниска топимост като лед може да се определи с помощта на калориметър. Изсипвайки в калориметъра определено количество вода с определена температура и хвърляйки в него известна маса лед, която вече е започнала да се топи, т.е. имаща температура, изчакваме, докато целият лед се стопи и температурата на водата в калориметърът приема постоянна стойност. Използвайки закона за запазване на енергията, ще съставим уравнение на топлинния баланс (§ 209), което ни позволява да определим специфичната топлина на топене на лед.

Нека масата на водата (включително водния еквивалент на калориметъра) е равна на масата на леда - , специфичния топлинен капацитет на водата - , началната температура на водата - , крайната температура - , и специфичната топлина на топене на лед - . Уравнението на топлинния баланс има формата

.

В табл Таблица 16 показва специфичната топлина на топене на някои вещества. Заслужава да се отбележи високата топлина на топене на леда. Това обстоятелство е много важно, тъй като забавя топенето на ледовете в природата. Ако специфичната топлина на топене беше много по-ниска, пролетните наводнения биха били многократно по-силни. Познавайки специфичната топлина на топене, можем да изчислим колко топлина е необходима за стопяването на всяко тяло. Ако тялото вече е нагрято до точката на топене, тогава топлината трябва да се изразходва само за разтопяването му. Ако има температура под точката на топене, тогава все още трябва да изразходвате топлина за отопление. Таблица 16.

269.1. Парчета лед се хвърлят в съд с вода, добре защитен от притока на топлина отвън. Колко лед може да се хвърли, така че да се разтопи напълно, ако в съда има 500 g вода при ? Топлинният капацитет на съда може да се счита за незначителен в сравнение с топлинния капацитет на водата в него. Специфичният топлинен капацитет на леда е

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

2014-06-01 Една кофа съдържа смес от вода и лед с маса m=10 kg. Внесоха кофата в стаята и веднага започнаха да измерват температурата на сместа. Получената зависимост на температурата от времето T(ph) е показана на фиг. Специфичният топлинен капацитет на водата е cw = 4,2 J/(kg⋅K), специфичната топлина на топене на леда е l = 340 kJ/kg.

Определете масата ml лед в кофата, когато е внесена в стаята. Пренебрегвайте топлинния капацитет на кофата. Решение: Както се вижда от графиката, през първите 50 минути температурата на сместа не се промени и остана равна на 0∘C. През цялото това време топлината, получена от сместа от стаята, се използва за топене на леда. След 50 минути целият лед се стопи и температурата на водата започна да се повишава. За 10 минути (от f1=50 до f2=60min) температурата се повишава с DT=2∘C. Топлината, отдадена на водата от помещението за това време е равна на q=cвmвДT=84 kJ. Това означава, че през първите 50 минути количеството топлина Q = 5q = 420 kJ е влязло в сместа от стаята. Тази топлина се използва за стопяване на масата ml лед: Q = ml. Така масата на леда в една кофа, внесена в стаята, е равна на ml=Q/l≈1,2 kg.

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

В този урок ще изучаваме понятието „специфична топлина на топене“. Тази стойност характеризира количеството топлина, което трябва да се предаде на 1 kg вещество при неговата точка на топене, за да може то да премине от твърдо в течно състояние (или обратното).

Ще проучим формулата за намиране на количеството топлина, което е необходимо за стопяване (или се отделя по време на кристализация) на дадено вещество.

Тема: Агрегатни състояния на материята

Урок: Специфична топлина на топене

Този урок е посветен на основната характеристика на топенето (кристализацията) на веществото - специфичната топлина на топене.

В миналия урок засегнахме въпроса: как се променя вътрешната енергия на тялото по време на топенето?

Открихме, че когато се добави топлина, вътрешната енергия на тялото се увеличава. В същото време знаем, че вътрешната енергия на тялото може да се характеризира с такова понятие като температура. Както вече знаем, температурата не се променя по време на топенето. Следователно може да възникне подозрение, че имаме работа с парадокс: вътрешната енергия се увеличава, но температурата не се променя.

Обяснението на този факт е съвсем просто: цялата енергия се изразходва за разрушаване на кристалната решетка. Обратният процес е подобен: по време на кристализацията молекулите на веществото се комбинират в единна система, докато излишната енергия се отделя и абсорбира от външната среда.

В резултат на различни експерименти беше възможно да се установи, че едно и също вещество изисква различни количества топлина, за да го превърне от твърдо в течно състояние.

Тогава беше решено да се сравнят тези количества топлина със същата маса вещество. Това доведе до появата на такава характеристика като специфичната топлина на топене.

Определение

Специфична топлина на топене- количеството топлина, което трябва да се предаде на 1 kg вещество, нагрято до точката на топене, за да се прехвърли от твърдо в течно състояние.

Същото количество се отделя при кристализацията на 1 кг вещество.

Обозначава се със специфичната топлина на топене (гръцка буква, разчетена като "ламбда" или "ламбда").

Мерни единици: . В този случай в измерението няма температура, тъй като по време на топене (кристализация) температурата не се променя.

За да се изчисли количеството топлина, необходимо за стопяване на вещество, се използва формулата:

Количество топлина (J);

Специфична топлина на топене (, която се търси в таблицата;

Маса на веществото.

Когато едно тяло кристализира, се изписва със знака „-“, тъй като се отделя топлина.

Пример за това е специфичната топлина на топене на лед:

. Или специфичната топлина на топене на желязото:

.

Фактът, че специфичната топлина на топене на леда се оказа по-голяма от специфичната топлина на топене на желязото, не трябва да бъде изненадващ. Количеството топлина, което определено вещество изисква за топене, зависи от характеристиките на веществото, по-специално от енергията на връзките между частиците на това вещество.

В този урок разгледахме понятието специфична топлина на топене.

В следващия урок ще научим как да решаваме задачи, свързани с нагряване и топене на кристални тела.

Референции

1. Генденщайн Л. Е., Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Изд. Орлова В. А., Роизена И. И. - М.: Мнемозина.
2. Перишкин А.В. Физика 8. - М.: Дропа, 2010.
3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. - М.: Образование.

1. Физика, механика и др. ().
2. Готина физика ().
3. Интернет портал Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

домашна работа

Графиката (фиг. 198) много ясно показва, че докато нафталинът се топи, температурата му не се променя. И едва след като се разтопи напълно, температурата на получената течност започва да се повишава.Но дори по време на процеса на топене нафталинът получава енергия от горивото, изгорено в нагревателя. А от закона за запазване на енергията следва, че тя не може да изчезне. За какво се изразходва енергията на горивото по време на процеса на топене?

На този въпрос може да се отговори, ако си спомним, че по време на топенето кристалът се разрушава. Това е мястото, където се изразходва енергия.

Следователно енергията, която кристалното тяло получава след това тъй като вече е нагрят до точката на топене,се изразходва за промяна на вътрешната си енергия по време на прехода към течно състояние.

Количеството топлина, необходимо за трансформиране на твърдо вещество в точката на топене кристално веществомаса от 1 kg в течност се нарича специфична топлина на топене.

Специфична топлина топенето се измерва в J/kgи се обозначава с буквата λ.

Специфичната топлина на топене се определя експериментално. така че емпиричнобеше установено, че специфичната топлина на топене на леда е 3,4 10 5 J/kg. Това означава, че за да се превърне парче лед с тегло 1 kg, взето при 0°C, във вода със същата температура, са необходими 3,4 10 5 J.

Следователно при температурата на топене вътрешната енергия на вещество с тегло 1 kg в течно състояние по-вътрешноенергия на същата маса на вещество в твърдо състояние за специфичната топлина на топене.

Например вътрешната енергия на вода с тегло 1 kg при температура 0°C е 3,4 10 5 J повече вътрешна енергия на ледас тегло 1 кг при същата температура.

Пример. За да приготви кората, туристът слага в тенджера 2 кг лед с температура 0°C. Колко топлина необходимо да се обърне товалед във вряща вода при 100°C?

Колко топлина би била необходима, ако вместо лед турист вземе 2 kg вода от ледена дупка с температура 0 °C?

Ако вместо лед се вземат 2 kg вода при 0 ° C, тогава ще е необходимо количеството топлина, необходимо само за загряването му от 0 до 100 ° C, т.е. Q2 = 8,4 10 5 J.

Въпроси. 1. Как можем да обясним, че по време на целия процес на топене на кристално тяло неговата температура не се променя? 2. За какво се изразходва енергията на изгореното в нагревателя гориво при топенето на кристално тяло? 3. Каква е специфичната топлина на топене? 4. В какви единици се изразява специфичната топлина на топене?

Упражнения.Фигура 199 показва графики на промените в температурата спрямо времето за две тела с еднаква маса. Кое твърдо вещество има по-висока точка на топене? Коя по-висока топлина на топене? Еднакви ли са специфичните топлинни мощности на телата?

Топенето е преходът на тялото от кристално твърдо състояние в течно състояние. Топенето става с поглъщането на специфична топлина на топене и е фазов преход от първи ред.

Способността да се топи се отнася за физични свойствавещества

При нормално налягане волфрамът има най-високата точка на топене сред металите (3422 °C), прости веществакато цяло - въглерод (според различни източници, 3500 - 4500 °C) и сред произволни вещества - хафниев карбид HfC (3890 °C). Можем да приемем, че хелият има най-ниската точка на топене: при нормално налягане той остава течен при произволно ниски температури.

Много вещества при нормално налягане нямат течна фаза. При нагряване те веднага преминават в газообразно състояние чрез сублимация.

Фигура 9 - Топене на лед

Кристализацията е процес на фазов преход на вещество от течно към твърдо кристално състояние с образуване на кристали.

Фазата е хомогенна част от термодинамична система, отделена от другите части на системата (други фази) чрез интерфейс, при преминаване през който химически състав, структурата и свойствата на материята се променят рязко.

Фигура 10 - Кристализация на вода с образуване на лед

Кристализацията е процес на изолиране на твърда фаза под формата на кристали от разтвори или стопилки; в химическата промишленост процесът на кристализация се използва за получаване на вещества в тяхната чиста форма.

Кристализацията започва, когато се достигне определено ограничаващо условие, например преохлаждане на течност или пренасищане на пара, когато много малки кристали - центрове на кристализация - се появяват почти мигновено. Кристалите растат чрез свързване на атоми или молекули от течност или пара. Растежът на кристалните повърхности се извършва слой по слой; краищата на непълните атомни слоеве (стъпала) се движат по протежение на лицето, докато растат. Зависимостта на скоростта на растеж от условията на кристализация води до разнообразие от форми на растеж и кристални структури (многостенни, ламеларни, игловидни, скелетни, дендритни и други форми, структури на молив и др.). По време на кристализацията неизбежно възникват различни дефекти.

Броят на центровете за кристализация и скоростта на растеж се влияят значително от степента на преохлаждане.

Степента на преохлаждане е нивото на охлаждане на течния метал под температурата на прехода му към кристална (твърда) модификация. Необходимо е да се компенсира енергията на скритата топлина на кристализация. Първичната кристализация е образуването на кристали в метали (и сплави) по време на прехода от течно към твърдо състояние.

Специфична топлина на топене (също: енталпия на топене; има и еквивалентна концепция за специфична топлина на кристализация) - количеството топлина, което трябва да се предаде на единица маса на кристално вещество в равновесен изобарно-изотермичен процес, за да да го прехвърли от твърдо (кристално) състояние в течно (тогава същото количество топлина се отделя при кристализацията на дадено вещество).

Количество топлина при топене или кристализация: Q=ml

Изпаряване и кипене. Специфична топлина на изпарение

Изпарението е процес на преминаване на вещество от течно състояние в газообразно състояние (пара). Процесът на изпаряване е обратен на процеса на кондензация (преход от състояние на пара към течно състояние. Изпаряване (изпаряване), преход на вещество от кондензирана (твърда или течна) фаза към газообразна (пара); първи ред фазов преход.

Във висшата физика има по-развита концепция за изпарението

Изпарението е процес, при който частици (молекули, атоми) излитат (отчупват се) от повърхността на течност или твърдо вещество, с Ek > Ep.

Фигура 11 - Изпаряване над чаша чай

Специфичната топлина на изпарение (изпарение) (L) е физична величина, показваща количеството топлина, което трябва да се придаде на 1 kg вещество, взето при точката на кипене, за да се прехвърли от течно в газообразно състояние. Специфичната топлина на изпарение се измерва в J/kg.

Кипенето е процес на изпаряване в течност (преход на вещество от течно в газообразно състояние), с появата на граници на разделяне на фазите. Точка на кипене при атмосферно наляганеобикновено се дава като една от основните физикохимични характеристики на химически чисто вещество.

Кипенето е фазов преход от първи ред. Кипенето протича много по-интензивно от изпарението от повърхността, поради образуването на центрове на изпарение, обусловени както от постигнатата температура на кипене, така и от наличието на примеси.

Процесът на образуване на мехурчета може да бъде повлиян от налягането, звукови вълни, йонизация. По-специално, балонната камера работи на принципа на кипене на микрообеми течност от йонизация по време на преминаването на заредени частици.

Фигура 12 - Вряща вода

Количество топлина по време на кипене, изпаряване на течността и кондензация на пара: Q=mL

Че едно вещество може да бъде в едно от състоянията – газообразно, течно, твърдо. И може да се движи от един към друг. Най-простият пример е, че парче лед се топи, превръща се в течност и след това в пара. В целия този процес на превръщане в пара, етапът на топене и един от неговите параметри е специфичната топлина на топене.

Ако си спомним как се случва топенето, можем да различим няколко етапа. Да вземем за пример оловото. На първия етап оловото се нагрява, температурата се повишава до 327 (точка на топене). След като топенето започне, дълго време нищо не се случва.

Температурата на оловото, въпреки подадената към него топлина, остава постоянна и остава такава до завършване на целия процес. И едва след това, при продължително нагряване, температурата започва да се повишава отново. От наблюдаваната картина следват някои изводи. U твърдовсички молекули са в определен ред и са здраво свързани със съседните молекули.

За да могат да се преместят свободно на друго място, връзките със съседните молекули трябва да бъдат разкъсани, което се случва по време на процеса на топене. За да направи това, тялото трябва да предаде определено количество топлина, наречено топлина на топене. За всяко вещество, от което се нуждаете различни количестватоплина. Причината се дължи на такова свойство на веществото като специфичната топлина на топене, което се определя като количеството топлина, изразходвано за топенето на един килограм от веществото. Мерната единица е джаул/килограм.

Както вече споменахме, тази стойност е различна за всеки материал. топенето на оловото се различава от същата стойност за леда. И тук възниква един много интересен момент. Специфичната топлина на топене на стоманата е средно 85 kJ/kg, а за вода (лед) същият параметър е средно 335 kJ/kg. В леда високата стойност на този параметър може да се счита за страхотен дар от природата.

Защото благодарение на това целият сняг и лед не се топят моментално, а всичко се случва за дълъг период от време. В противен случай снегът щеше да се стопи много бързо, а наводненията щяха да бъдат по-обилни и разрушителни. Освен това, такива уникални свойстваводите спомагат за стабилизирането на климата на планетата.

Има таблици с данни за специфичната топлина на топене на отделните материали. Познавайки тази стойност, се изчислява колко топлина е необходима за разтопяване на материала и се определя колко гориво е необходимо за извършване на топенето. Ако едно тяло се нагрее до точката на топене, тогава топлината е необходима само за топене, а ако температурата му е под точката на топене, тогава топлината е необходима за нагряване на веществото до

Такива изчисления са изключително полезни в индустрията за изчисляване на производствените разходи.

Между другото, когато разтопеното вещество се охлади, протича процес, обратен на топенето - кристализация. В този случай, когато веществото се охлади, прекъснатите връзки между молекулите се възстановяват и се отделя топлина.

Като се има предвид процесът на топене на вещество и явленията, възникващи по време на този процес, беше дефинирана такава концепция като специфичната топлина на топене. Този показател е сравнен за различни вещества и е установено как високата стойност на този параметър в леда има благоприятен ефект върху климата на планетата.