Fusion et cristallisation. Chaleur spécifique de fusion de diverses substances

Dans cette leçon, nous étudierons le concept de « chaleur spécifique de fusion ». Cette valeur caractérise la quantité de chaleur qui doit être transmise à 1 kg d'une substance à son point de fusion pour qu'elle passe de l'état solide à l'état liquide (ou vice versa).

Nous étudierons la formule permettant de trouver la quantité de chaleur nécessaire pour fondre (ou libérée lors de la cristallisation) d'une substance.

Sujet : États agrégés de la matière

Leçon : Chaleur spécifique de fusion

Cette leçon est consacrée à la principale caractéristique de la fusion (cristallisation) d'une substance - la chaleur spécifique de fusion.

Dans la dernière leçon, nous avons abordé la question : comment l'énergie interne d'un corps change-t-elle lors de la fusion ?

Nous avons découvert que lorsque de la chaleur est ajoutée, l’énergie interne du corps augmente. Dans le même temps, nous savons que l'énergie interne d'un corps peut être caractérisée par un concept tel que la température. Comme nous le savons déjà, la température ne change pas lors de la fusion. On peut donc soupçonner que nous avons affaire à un paradoxe : l'énergie interne augmente, mais la température ne change pas.

L'explication de ce fait est assez simple : toute l'énergie est dépensée pour détruire le réseau cristallin. Le processus inverse est similaire : lors de la cristallisation, les molécules d'une substance sont combinées en un seul système, tandis que l'excès d'énergie est dégagé et absorbé par l'environnement extérieur.

À la suite de diverses expériences, il a été possible d'établir qu'une même substance nécessite différentes quantités de chaleur pour passer de l'état solide à l'état liquide.

Il fut alors décidé de comparer ces quantités de chaleur avec la même masse de matière. Cela a conduit à l'apparition d'une caractéristique telle que la chaleur spécifique de fusion.

Définition

Chaleur spécifique de fusion- la quantité de chaleur qu'il faut transmettre à 1 kg d'une substance chauffée jusqu'au point de fusion afin de la transférer de l'état solide à l'état liquide.

La même quantité est libérée lors de la cristallisation de 1 kg de substance.

Elle est désignée par la chaleur spécifique de fusion (lettre grecque, lue comme « lambda » ou « lambda »).

Unités de mesure : . Dans ce cas, il n'y a pas de température dans la dimension, puisque lors de la fusion (cristallisation), la température ne change pas.

Pour calculer la quantité de chaleur nécessaire pour faire fondre une substance, la formule est utilisée :

Quantité de chaleur (J);

Chaleur spécifique de fusion (, recherchée dans le tableau ;

Masse de la substance.

Lorsqu’un corps cristallise, cela s’écrit avec le signe « - », car de la chaleur est dégagée.

Un exemple est la chaleur spécifique de fusion de la glace :

. Ou la chaleur spécifique de fusion du fer :

.

Le fait que la chaleur spécifique de fusion de la glace se soit avérée supérieure à la chaleur spécifique de fusion du fer ne devrait pas être surprenant. La quantité de chaleur nécessaire à la fusion d'une substance particulière dépend des caractéristiques de la substance, en particulier de l'énergie des liaisons entre les particules de cette substance.

Dans cette leçon, nous avons examiné le concept de chaleur spécifique de fusion.

Dans la prochaine leçon, nous apprendrons comment résoudre des problèmes impliquant le chauffage et la fusion de corps cristallins.

Références

1. Gendenshtein L. E., Kaidalov A. B., Kozhevnikov V. B. Physique 8 / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. - M. : Mnémosyne.
2. Peryshkin A.V. Physique 8. - M. : Outarde, 2010.
3. Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Physique 8. - M. : Éducation.

1. Physique, mécanique, etc. ().
2. Physique sympa ().
3. Portail Internet Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

Devoirs

Lors de la fusion, le réseau spatial du corps cristallin est détruit. Ce processus nécessite une certaine quantité d’énergie provenant d’une source externe. En conséquence, l’énergie interne du corps augmente pendant le processus de fusion.

La quantité de chaleur nécessaire pour qu’un corps passe de solide à liquide au point de fusion est appelée chaleur de fusion.

Au cours du processus de solidification du corps, au contraire, l'énergie interne du corps diminue. Le corps dégage de la chaleur vers les corps environnants. Selon la loi de conservation de l'énergie, la quantité de chaleur absorbée par un corps lors de la fusion (à la température de fusion) est égale à la quantité de chaleur dégagée par ce corps lors de la solidification (à la température de solidification).

Chaleur spécifique de fusion

La chaleur de fusion dépend de la masse de la substance fondante et de ses propriétés. La dépendance de la chaleur de fusion sur le type de substance est caractérisée par la chaleur de fusion spécifique de cette substance.

La chaleur spécifique de fusion d'une substance est le rapport de la chaleur de fusion d'un corps de cette substance à la masse du corps.

Notons la chaleur de fusion par Q svp , lettre de poids corporel T et chaleur spécifique de fusion avec la lettre λ . Alors

Ainsi, pour faire fondre un corps cristallin pesant m prise au point de fusion, il faut une quantité de chaleur égale à

(8.8.2)

Chaleur de cristallisation

Selon la loi de conservation de l'énergie, la quantité de chaleur dégagée lors de la cristallisation d'un corps (à la température de cristallisation) est égale à

(8.8.3)

De la formule (8.8.1), il résulte que la chaleur spécifique de fusion en SI est exprimée en joules par kilogramme.

La chaleur spécifique de fusion de la glace est assez élevée : 333,7 kJ/kg. La chaleur spécifique de fusion du plomb n’est que de 23 kJ/kg, et celle de l’or est de 65,7 kJ/kg.

Les formules (8.8.2) et (8.8.3) sont utilisées lors de la résolution de problèmes d'élaboration d'équations de bilan thermique dans les cas où il s'agit de la fusion et de la solidification de corps cristallins.

Le rôle de la chaleur de fonte de la glace et de cristallisation de l'eau dans la nature

L'absorption de chaleur lors de la fonte des glaces et sa libération lorsque l'eau gèle ont un impact significatif sur les changements de température de l'air, en particulier à proximité des plans d'eau. Vous avez probablement tous remarqué que lors de fortes chutes de neige, il fait généralement plus chaud.

La chaleur spécifique élevée de fusion de la glace est très importante. Retour à la fin du XVIIIe siècle. Le scientifique écossais D. Black (1728-1799), qui a découvert l'existence de la chaleur de fusion et de cristallisation, a écrit : « Si la glace n'avait pas une chaleur de fusion significative, alors au printemps, toute la masse de glace devrait fondre en quelques minutes ou secondes, puisque la chaleur de l'air est continuellement transférée à la glace. Mais les conséquences seraient alors terribles : après tout, même dans la situation actuelle, de grandes inondations et de forts débits d’eau surviennent lorsque de grandes masses de glace et de neige fondent.»

Tuyère de fusée spatiale

Donnons un exemple technique intéressant d'utilisation pratique de la chaleur de fusion et de vaporisation. Lors de la fabrication d'une tuyère pour une fusée spatiale, il convient de tenir compte du fait que le flux de gaz sortant de la tuyère de la fusée a une température d'environ 4 000 °C. Il n’existe pratiquement aucun matériau dans la nature qui, sous sa forme pure, puisse résister à de telles températures. Par conséquent, vous devez recourir à toutes sortes d'astuces pour refroidir le matériau de la buse pendant la combustion du carburant.

La buse est réalisée par métallurgie des poudres. De la poudre de métal réfractaire (tungstène) est placée dans la cavité du moule. Il est ensuite soumis à une compression. La poudre est frittée, ce qui donne une structure poreuse semblable à de la pierre ponce. Ensuite cette « pierre ponce » est imprégnée de cuivre (son point de fusion n’est que de 1083°C).

Le matériau obtenu est appelé pseudo-alliage. La figure 8.31 montre une photographie de la microstructure d'un pseudo-alliage. Des inclusions de cuivre de forme irrégulière sont visibles sur le fond blanc du cadre en tungstène. Étonnamment, cet alliage peut fonctionner pendant une courte période, même à la température des gaz formés lors de la combustion du carburant, c'est-à-dire au-dessus de 4000°C.

Cela se produit comme suit. Initialement, la température de l'alliage augmente jusqu'à atteindre le point de fusion du cuivre. t 1 (Fig. 8.32). Après cela, la température de la buse ne changera pas tant que tout le cuivre n'aura pas fondu (intervalle de temps de τ 1 à τ 2 ). Ensuite, la température augmente à nouveau jusqu'à ce que le cuivre bout. Cela se produit à une température t 2 = 2595 °C, inférieur au point de fusion du tungstène (3380 °C). Jusqu'à ce que tout le cuivre s'évapore, la température de la buse ne changera plus, car le cuivre qui s'évapore prend la chaleur du tungstène (intervalle de temps de τ 3 à τ 4 ). Bien entendu, la buse ne fonctionnera pas pendant un certain temps. Une fois le cuivre évaporé, le tungstène recommencera à chauffer. Cependant, le moteur-fusée ne fonctionne que quelques minutes et pendant ce temps la tuyère n'aura pas le temps de surchauffer et de fondre.

Thème : « Fusion et cristallisation.

Chaleur spécifique de fusion et de cristallisation"

Objectifs de la leçon :

À la suite des travaux de la leçon, les élèves doivent apprendre la définition des notions « fusion », « cristallisation », « température de fusion », « chaleur spécifique de fusion et de cristallisation » ; être capable d'expliquer l'invariabilité des transformations de température et d'énergie dans les processus de fusion et de cristallisation ; analyser le graphique de la dépendance de la température corporelle au moment de son chauffage et le graphique du refroidissement du liquide chauffé ; connaître la formule pour calculer la quantité de chaleur nécessaire à la fusion (cristallisation) d'un corps.

Déroulement de la leçon.

Moment d'organisation (1 minute).
Révision du matériel appris (4 minutes)

Enquête frontale.

1. Dans quels états d’agrégation la même substance peut-elle exister ?

2. Qu'est-ce qui détermine tel ou tel état d'agrégation d'une substance ?

3. Quelles sont les caractéristiques de la structure moléculaire des gaz, des liquides et des solides ?

4. Des transitions sont possibles : du solide au liquide, du liquide au gazeux, du gazeux au solide et des transitions inverses : du solide au gazeux, du gazeux au liquide, du liquide au solide. Établir une correspondance entre les transitions et les phénomènes qui leur correspondent. (L'enseignant nomme le phénomène, les élèves déterminent à quelle transition correspond ce phénomène).

T → F : fonte de la glace, fonte du métal ;

F → G : formation de vapeur lorsque l'eau bout ; évaporation de l'eau;

T → G : odeur de boule à naphtaline, évaporation de neige carbonique ;

F → T : congélation de l'eau ;

G → F : rosée, formation de brouillard ;

G → T : formation de motifs sur les fenêtres en hiver.

Dans la nature, il existe un cycle de l'eau. Évaporation de l'eau, formation de brouillard, de nuages, de neige, de rosée... Pour comprendre les processus qui se produisent dans la nature et pouvoir les contrôler, il faut connaître les conditions dans lesquelles se produit la transformation d'un état de la matière en un autre.

Introduction au sujet de la leçon.

Aujourd'hui, dans la leçon, nous nous familiariserons plus en détail avec les transitions d'une substance d'un état solide à un état liquide, d'un état liquide à un état solide, c'est-à-dire avec le processus de fusion des corps cristallins et son processus inverse - le processus de cristallisation.

Apprendre du nouveau matériel. (20 minutes)
Etude expérimentale

Les élèves identifient le problème, l’objectif et l’hypothèse de l’étude.

Problème de recherche : déterminer comment la température de la glace va changer lorsqu'elle est chauffée et fondue.

Objectif de l'étude : étudier l'évolution de la température au cours de divers processus - chauffage et fonte de la glace, construire un graphique de la dépendance de la température de la glace en fonction du temps.

Nous supposons que lorsque la glace est chauffée, sa température augmente jusqu'à la température de fusion, à laquelle la glace fond sans changer de température.

Justification de l'hypothèse : le point de fusion de la glace est de 0 °C, donc la glace va d'abord se réchauffer jusqu'à la température de fusion. Puisque la fonte est un processus qui se produit à température constante, la température de la glace n’augmentera que lorsque toute la glace se transformera en eau.

Équipement:

Calorimètre. Glace pilée. Thermomètre. Montre.

Avancement de l'étude :

Mettez de la glace pilée dans le calorimètre. Mesurez la température de la glace. Continuez à prendre des mesures à intervalles réguliers. Entrez les résultats de mesure dans le tableau.

Tableau 1. Données expérimentales de l'étude

Période de temps, f, s
Lectures du thermomètre t, оС

Dessinez un graphique basé sur les données de mesure. Tirez des conclusions.

La température de la glace a augmenté jusqu'à atteindre 0 °C, et ainsi le processus de chauffage a eu lieu, la température de la glace a augmenté. Dès que la température est devenue égale à 0, la glace a commencé à fondre et n'a pas changé pendant longtemps (jusqu'à ce que la glace fonde). Et dès que toute la glace a fondu, la température a recommencé à augmenter. Ainsi, nous pouvons dire que le processus de chauffage se produit avec une température croissante et que le processus de fusion se produit à température constante.

Nous avons établi que la température de la glace augmente d'abord, puis, après avoir atteint 0°C (la glace commence à fondre), reste inchangée jusqu'à ce que toute la glace ait fondu.

La transition d’une substance du solide au liquide est appelée fusion.

La température à laquelle se produit la transition du solide au liquide est appelée point de fusion. Le point de fusion de diverses substances est une valeur tabulaire.

Souviens-toi

Pour chaque substance, il existe une température au-dessus de laquelle elle ne peut pas être à l'état solide dans des conditions données. Le processus de fusion nécessite de l'énergie. La température d'une substance ne change pas lors de la fusion.
Visualisez le processus de solidification des liquides via vidéo.

Le processus de transition d’une substance de l’état liquide à l’état solide est appelé cristallisation.

Lorsqu’une substance fond, elle gagne de l’énergie. Au contraire, lors de la cristallisation, il le rejette dans l'environnement.

Souviens-toi:

Pour chaque substance, il existe une température à laquelle la substance passe de l’état liquide à l’état solide (température de cristallisation). Le processus de durcissement s'accompagne d'une libération d'énergie. La température reste constante pendant la cristallisation.

Conclusions : La fusion et la cristallisation sont deux processus opposés. Dans le premier cas, la substance absorbe l’énergie de l’extérieur et dans le second, elle la libère dans l’environnement.

MINUTE PHYSIQUE

Considérons un graphique de la fonte et de la cristallisation de la glace.

Analyse du graphique de fusion et de cristallisation et son explication basée sur la connaissance de la structure moléculaire de la substance. Chaque substance a son propre point de fusion, et cette température détermine les domaines d'application des solides dans la vie quotidienne et dans la technologie. Les métaux réfractaires sont utilisés pour fabriquer des structures résistantes à la chaleur dans les avions et les fusées, les réacteurs nucléaires, etc.
Chaleur spécifique de fusion et de cristallisation.

Une quantité physique numériquement égale à la quantité de chaleur qu'un corps solide pesant 1 kg absorbe au point de fusion pour se transformer en état liquide est appelée chaleur spécifique de fusion.

l – chaleur spécifique de fusion et de cristallisation.

Une quantité physique indiquant la quantité de chaleur nécessaire pour convertir 1 kg d'une substance cristalline prise au point de fusion en un liquide est appelée chaleur spécifique de fusion.

En SI, la chaleur spécifique de fusion et de cristallisation se mesure en joules par kilogramme.

IY. Résoudre les problèmes de qualité. (5 minutes)

La température du brûleur à gaz est de 5000 C. Quels matériaux peuvent être utilisés pour les ustensiles de cuisine ? (À partir de matériaux dont le point de fusion est supérieur à 5000 C). Quel métal fondra dans la paume de votre main ? (Césium) Pourquoi la glace ne fond-elle pas immédiatement dans une pièce si elle vient du froid ? (La glace doit chauffer jusqu'au point de fusion, et cela prend du temps). Analyse graphique de fusion et de solidification.

Pour quelles substances les graphiques sont-ils construits ? Comment avez-vous déterminé cela ? Réponse : Le graphique supérieur (rouge) est construit pour le plomb, puisque le plomb fond à une température de 327°C et que la section LM du graphique correspond exactement au processus de fusion. Le graphique inférieur (vert) est tracé pour l'étain, puisque le point de fusion de l'étain est de 232°C. Quelle substance a mis plus de temps à fondre ? Quelle substance a cristallisé plus rapidement ?

Y. Résoudre les problèmes TRIZ (5 min)

Un clou de fer est jeté dans un verre d'eau, mais il ne tombe pas au fond du verre ? Pourquoi? (Eau à l'état solide) Fabriquer des bonbons « bouteilles de sirop ». (Le sirop est congelé et versé sur du chocolat chaud) Comment éliminer les sédiments d'une boisson gazeuse ? (Retournez la bouteille et placez-la sur de la glace ; des sédiments avec une partie du liquide solidifié resteront sur le bouchon lorsque la bouteille sera débouchée)

YI. Consolidation du matériel étudié. (5 minutes)

OPTION N°1

OPTION N°2

1. La transition d'une substance d'un état liquide à un état solide est appelée A. Fondre. B. Diffusion. B. Cristallisation. D. Chauffage. D. Refroidissement. 2. La fonte fond à une température de 1 200 0C. Que peut-on dire de la température de solidification de la fonte ? R. Cela peut être n’importe qui. B. Égal à 1200 0C. B. Au-dessus du point de fusion D. En dessous du point de fusion. 3. Est-il possible de le faire fondre dans un récipient en cuivre ? B. C'est impossible. 4. Pendant le vol, la température de la surface extérieure de la fusée s'élève à 1 500 - 2 000 0C. Quels métaux sont utilisés pour le revêtement extérieur ? R. Du fer. B. Platine. G. Wolfram. 5. Quel segment du graphique caractérise le processus de chauffage d'un solide ? T, 0C A.AB.

1. La transition d'une substance du solide au liquide est appelée A. Refroidissement. B. Cristallisation. B. Diffusion. D. Chauffage. D. Fusion. 2. L'étain durcit à une température de 232 0C. Que pouvez-vous dire sur son point de fusion ? A. Au-dessus de la température de durcissement B. Peut être n’importe qui. B. Égal à 232 0C. D. En dessous de la température de durcissement 3. Est-il possible de faire fondre le plomb dans un récipient en zinc ? B. C'est impossible. 4. Un gaz d'une température de 800 à 1 100 0C s'échappe de la tuyère d'un avion à réaction. Quels métaux peuvent être utilisés pour fabriquer une buse ? B. Plomb. B. Aluminium. 5. Quel segment du graphique caractérise le processus de fusion ? T, 0C A.AB.

1 possibilité	Option 2

Oui. Résumé de la leçon. (2 min) Résumer la leçon. Donner des notes pour le travail.

Devoir : §9, 10, exercice 8 (1-3). Tâche créative : trouver des faits intéressants sur la température la plus basse et la température la plus élevée.

Carte technologique

concevoir une leçon de physique en

Professeur de physique, Établissement d'enseignement public « École secondaire n° 42 »

Sujet de cours : Fusion et cristallisation. Chaleur spécifique de fusion et de cristallisation

Type de cours : cours sur l'étude et la consolidation initiale de nouvelles connaissances.

Le but du cours : assurer l'approfondissement et la systématisation des connaissances des élèves sur la structure de la matière ; apprendre aux étudiants à comprendre l'essence des phénomènes thermiques tels que la fusion et la cristallisation ; maîtriser la notion de « chaleur spécifique de fusion » et la formule de calcul de la quantité de chaleur nécessaire à la fusion ; formation de compétences pour analyser les transformations énergétiques lors de la fusion et de la cristallisation de la matière.

Objectifs de la leçon :

Pédagogique : étudier les caractéristiques du comportement d'une substance lors du passage du solide au liquide et inversement ; expliquer le graphique de fusion et de solidification, expliquer les processus de fusion et de solidification en fonction de la structure moléculaire de la substance.

Développemental : poursuivre la formation de motivations positives pour apprendre, développer l'indépendance lors de la réalisation et de l'observation d'expériences, apprendre à appliquer les connaissances acquises dans la pratique.

Pédagogique : poursuivre la formation d'une vision du monde en utilisant l'exemple des processus thermiques, montrer les relations de cause à effet, montrer l'importance des connaissances et des compétences en utilisant l'exemple de l'analyse de problèmes qualitatifs.

Démonstrations et matériel pour l'expérimentation : étude de la dépendance de la température de fusion de la glace au temps (calorimètre, thermomètre, horloge, glace pilée, lampe à alcool, trépied), film vidéo sur la cristallisation de l'eau, tableau des températures de fusion de certaines substances , tableau de chaleur spécifique de fusion de certaines substances, graphique de fusion et de cristallisation .

Étapes de la leçon	Objectifs de scène	Activités des enseignants	Activités étudiantes	Techniques, méthodes, équipements	résultat
I. Étape organisationnelle et motivationnelle	Créez une ambiance émotionnelle pour la collaboration.	Démontre une attitude amicale envers les enfants. Organise l'attention et la préparation à la leçon.	Ils se saluent avec le sourire. Ils écoutent et se préparent à travailler.	verbal	Saluez-vous les uns les autres et montrez votre volonté psychologique de coopérer
II. Étape de mise à jour des connaissances	Développer l’intelligence et l’intérêt pour le sujet	Organise le travail des étudiants pour vérifier la matière précédemment étudiée	Répondre aux questions	Collectif, individuel	Vérifiez votre compréhension du matériel précédemment étudié
III Communiquer le sujet et les objectifs de la leçon	Fournir activité pour déterminer les objectifs de la leçon	Crée une situation problématique, explique la tâche d'apprentissage,	Répondre aux questions, formuler le but de la leçon	Verbal, visuel. Créer une situation problématique lors de la détermination du but de la leçon. Présentation	Capacité à déterminer le but de la leçon
IV. Travailler sur le sujet de la leçon	Révéler la compréhension et la compréhension du sujet	Forme la capacité d'acquérir des connaissances de manière indépendante grâce à la mise en œuvre d'une tâche expérimentale.	Effectuer une tâche expérimentale, participer à une conversation	Recherche de problèmes, visuelle, verbale. Créer une situation problématique pour la recherche créative	Perception, compréhension et mémorisation primaire de la matière étudiée
V. Minute d'éducation physique	Soulager le stress associé au stress mental et physique.	Organise une pause éducation physique	Faire des exercices	Frontale	Soulager les tensions associées au stress mental et physique.
VI. Résoudre des problèmes qualitatifs et des problèmes TRIZ (10 min)	Développer des compétences et des capacités pour résoudre des problèmes physiques, appliquer les connaissances théoriques acquises dans la pratique, dans une situation spécifique	Organise les activités des étudiants lors de la résolution de problèmes, assure le contrôle de leur mise en œuvre	Résoudre les problèmes	Travail individuel et collectif des étudiants	Capacité à appliquer les connaissances dans la pratique et à utiliser diverses techniques pour résoudre des problèmes
VII. Renforcement du matériel appris (5 min)	Vérifiez votre compréhension du matériel et identifiez les lacunes dans votre compréhension du matériel.	Organise le travail indépendant des étudiants.	Effectuer des tâches de différents niveaux, tester	Recherche partielle, Individuel, groupe.	Capacité à utiliser ses connaissances en travaillant de manière indépendante
VIII. Devoirs (1 min)	Renforcer la capacité de faire ses devoirs selon l'algorithme	Organise une discussion de groupe sur les devoirs Fournit des explications pour les devoirs.	Ils approfondissent l'essence des devoirs et les comprennent.	Verbal,	Comprendre les devoirs
IX. Résumé du cours, réflexion (2 min)	Résumer les connaissances sur le sujet de la leçon. Évaluer les réalisations des élèves. Déterminer l'attitude des élèves envers la leçon et envers les activités communes	Forme une évaluation adéquate de la réalisation des objectifs de la leçon Encourage les élèves à évaluer leurs activités en classe, leurs sentiments et leur humeur	Analyse ses activités, montre son attitude envers la leçon, ses sentiments et son humeur à l'aide de symboles.	Verbal, analytique. Analyse de soi, estime de soi.	Satisfaction du travail effectué, achèvement émotionnel de la leçon.

Pour faire fondre une substance solide, il faut la chauffer. Et lorsqu'un corps est chauffé, une caractéristique curieuse est notée

La particularité est la suivante : la température corporelle augmente jusqu'au point de fusion, puis s'arrête jusqu'à ce que le corps tout entier passe à l'état liquide. Après la fusion, la température recommence à augmenter, si, bien entendu, le chauffage se poursuit. Autrement dit, il y a une période de temps pendant laquelle nous chauffons le corps, mais il ne chauffe pas. Où va l’énergie thermique que nous dépensons ? Pour répondre à cette question, nous devons regarder à l’intérieur du corps.

Dans un solide, les molécules sont disposées dans un certain ordre sous forme de cristaux. Ils ne bougent pratiquement pas, oscillant seulement légèrement sur place. Pour qu’une substance passe à l’état liquide, les molécules doivent recevoir une énergie supplémentaire afin qu’elles puissent échapper à l’attraction des molécules voisines dans les cristaux. En chauffant le corps, nous donnons aux molécules cette énergie nécessaire. Et jusqu'à ce que toutes les molécules reçoivent suffisamment d'énergie et que tous les cristaux soient détruits, la température corporelle n'augmente pas. Les expériences montrent que différentes substances de même masse nécessitent différentes quantités de chaleur pour les faire fondre complètement.

Autrement dit, il existe une certaine valeur dont cela dépend Quelle quantité de chaleur une substance doit-elle absorber pour fondre ?. Et cette valeur est différente selon les substances. Cette quantité en physique est appelée la chaleur spécifique de fusion d'une substance. Encore une fois, à la suite d'expériences, les valeurs de la chaleur spécifique de fusion pour diverses substances ont été établies et collectées dans des tableaux spéciaux à partir desquels ces informations peuvent être glanées. La chaleur spécifique de fusion est désignée par la lettre grecque λ (lambda) et l'unité de mesure est 1 J/kg.

Formule pour la chaleur spécifique de fusion

La chaleur spécifique de fusion est trouvée par la formule :

où Q est la quantité de chaleur nécessaire pour faire fondre un corps de masse m.

Encore une fois, les expériences montrent que lorsque des substances se solidifient, elles libèrent la même quantité de chaleur que celle nécessaire pour les faire fondre. Les molécules, perdant de l'énergie, forment des cristaux, incapables de résister à l'attraction d'autres molécules. Et encore une fois, la température corporelle ne diminuera pas tant que tout le corps ne durcira pas et que toute l'énergie dépensée pour sa fonte ne sera pas libérée. Autrement dit, la chaleur spécifique de fusion montre quelle quantité d'énergie doit être dépensée pour faire fondre un corps de masse m et quelle quantité d'énergie sera libérée lorsque ce corps se solidifiera.

Par exemple, la chaleur spécifique de fusion de l'eau à l'état solide, c'est-à-dire la chaleur spécifique de fusion de la glace, est de 3,4 * 105 J/kg. Ces données vous permettent de calculer la quantité d'énergie nécessaire pour faire fondre de la glace, quelle que soit sa masse. Connaissant également la capacité thermique spécifique de la glace et de l'eau, vous pouvez calculer exactement la quantité d'énergie nécessaire pour un processus particulier, par exemple faire fondre de la glace pesant 2 kg et une température de 30 ° C et porter l'eau obtenue à ébullition. De telles informations sur diverses substances sont indispensables dans l’industrie pour calculer les coûts énergétiques réels lors de la production de tout bien.

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

§ 269. Chaleur spécifique de fusion

Nous avons vu qu'un récipient rempli de glace et d'eau amené dans une pièce chaude ne se réchauffe que lorsque toute la glace a fondu. Dans ce cas, l'eau est obtenue à partir de glace à la même température. A ce moment, la chaleur circule dans le mélange glace-eau et, par conséquent, l'énergie interne de ce mélange augmente. De là, nous devons conclure que l'énergie interne de l'eau à est supérieure à l'énergie interne de la glace à la même température. Puisque l'énergie cinétique des molécules, de l'eau et de la glace est la même, l'augmentation de l'énergie interne lors de la fusion est une augmentation de l'énergie potentielle des molécules.

L'expérience montre que ce qui précède est vrai pour tous les cristaux. Lors de la fusion d'un cristal, il est nécessaire d'augmenter continuellement l'énergie interne du système, tandis que la température du cristal et de la masse fondue reste inchangée. Généralement, une augmentation de l’énergie interne se produit lorsqu’une certaine quantité de chaleur est transférée au cristal. Le même objectif peut être atteint en effectuant un travail, par exemple par friction. Ainsi, l’énergie interne d’une masse fondue est toujours supérieure à l’énergie interne de la même masse de cristaux à la même température. Cela signifie que l’arrangement ordonné des particules (à l’état cristallin) correspond à une énergie plus faible que l’arrangement désordonné (à l’état fondu).

La quantité de chaleur nécessaire pour transformer une unité de masse d'un cristal en une masse fondue de même température est appelée chaleur spécifique de fusion du cristal. Elle est exprimée en joules par kilogramme.

Lorsqu’une substance se solidifie, la chaleur de fusion est libérée et transférée aux corps environnants.

Déterminer la chaleur spécifique de fusion des corps réfractaires (corps à point de fusion élevé) n'est pas une tâche facile. La chaleur spécifique de fusion d'un cristal à faible point de fusion tel que la glace peut être déterminée à l'aide d'un calorimètre. Après avoir versé dans le calorimètre une certaine quantité d'eau d'une certaine température et y avoir jeté une masse connue de glace qui a déjà commencé à fondre, c'est-à-dire ayant une température, on attend que toute la glace fonde et que la température de l'eau dans le calorimètre prend une valeur constante. En utilisant la loi de conservation de l'énergie, nous établirons une équation de bilan thermique (§ 209), qui permet de déterminer la chaleur spécifique de fonte de la glace.

Soit la masse d'eau (y compris l'équivalent en eau du calorimètre) égale à la masse de glace - , à la capacité thermique spécifique de l'eau - , à la température initiale de l'eau - , à la température finale - et à la chaleur spécifique de fusion de glace - . L'équation du bilan thermique a la forme

.

Dans le tableau Le tableau 16 montre la chaleur spécifique de fusion de certaines substances. Il convient de noter la forte chaleur de fonte de la glace. Cette circonstance est très importante car elle ralentit la fonte des glaces dans la nature. Si la chaleur spécifique de fusion était beaucoup plus faible, les crues printanières seraient plusieurs fois plus fortes. Connaissant la chaleur spécifique de fusion, nous pouvons calculer la quantité de chaleur nécessaire pour faire fondre un corps. Si le corps est déjà chauffé jusqu'au point de fusion, la chaleur doit être dépensée uniquement pour le faire fondre. S'il a une température inférieure au point de fusion, vous devez toujours dépenser de la chaleur pour le chauffer. Tableau 16.

269.1. Des morceaux de glace sont jetés dans un récipient contenant de l'eau, bien protégés de l'apport de chaleur extérieure. Quelle quantité de glace peut-on y jeter pour qu'elle fonde complètement s'il y a 500 g d'eau dans le récipient à ? La capacité thermique du récipient peut être considérée comme négligeable par rapport à la capacité thermique de l'eau qu'il contient. La capacité thermique spécifique de la glace est

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

01/06/2014 Un seau contient un mélange d'eau et de glace d'une masse de m=10 kg. Le seau a été amené dans la pièce et ils ont immédiatement commencé à mesurer la température du mélange. La dépendance résultante de la température sur le temps T(ph) est illustrée à la Fig. La capacité thermique spécifique de l'eau est cw = 4,2 J/(kg⋅K), la chaleur spécifique de fonte de la glace est l = 340 kJ/kg.

Déterminez la masse en ml de glace dans le seau lors de son introduction dans la pièce. Négligez la capacité thermique du seau. Solution : Comme le montre le graphique, pendant les 50 premières minutes, la température du mélange n'a pas changé et est restée égale à 0∘C. Pendant tout ce temps, la chaleur reçue par le mélange de la pièce était utilisée pour faire fondre la glace. Au bout de 50 minutes, toute la glace avait fondu et la température de l'eau commençait à augmenter. En 10 minutes (de f1=50 à f2=60min) la température a augmenté de DT=2∘C. La chaleur fournie à l'eau depuis la pièce pendant cette période est égale à q=cвmвДT=84 kJ. Cela signifie qu'au cours des 50 premières minutes, la quantité de chaleur Q=5q=420 kJ est entrée dans le mélange depuis la pièce. Cette chaleur servait à faire fondre la masse ml de glace : Q = ml. Ainsi, la masse de glace dans un seau apporté dans la pièce est égale à ml=Q/l≈1,2 kg.

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