Topire și cristalizare. Căldura specifică de fuziune a diferitelor substanțe

În această lecție, vom explora conceptul de „căldură specifică de fuziune”. Această valoare caracterizează cantitatea de căldură care trebuie transmisă la 1 kg de substanță la temperatura de topire, astfel încât aceasta să treacă de la starea solidă la starea lichidă (sau invers).

Vom studia formula pentru găsirea cantității de căldură care este necesară pentru a se topi (sau elibera în timpul cristalizării) unei substanțe.

Tema: Starea de agregare a materiei

Lecția: Căldura specifică de fuziune

Această lecție este dedicată caracteristicii principale de topire (cristalizare) a unei substanțe - căldura specifică de fuziune.

În ultima lecție, am ridicat întrebarea: cum se schimbă energia internă a unui corp în timpul topirii?

Am aflat că atunci când este furnizată căldură, energia internă a corpului crește. În același timp, știm că energia internă a unui corp poate fi caracterizată printr-un astfel de concept precum temperatura. După cum știm deja, temperatura nu se schimbă în timpul topirii. Prin urmare, poate apărea o suspiciune că avem de-a face cu un paradox: energia internă crește, dar temperatura nu se schimbă.

Explicația pentru acest fapt este destul de simplă: toată energia este cheltuită pentru distrugerea rețelei cristaline. În mod similar, în procesul invers: în timpul cristalizării, moleculele unei substanțe sunt combinate într-un singur sistem, în timp ce excesul de energie este renunțat și absorbit de mediul extern.

În urma diferitelor experimente, a fost posibil să se stabilească că pentru aceeași substanță este necesară o cantitate diferită de căldură pentru a o transfera dintr-o stare solidă în stare lichidă.

Apoi s-a decis să se compare aceste cantități de căldură pentru aceeași masă de materie. Acest lucru a dus la apariția unei caracteristici precum căldura specifică de fuziune.

Definiție

Căldura specifică de fuziune- cantitatea de căldură care trebuie transmisă la 1 kg dintr-o substanță încălzită până la punctul de topire pentru a o transfera din stare solidă în stare lichidă.

Aceeași valoare este eliberată în timpul cristalizării a 1 kg de substanță.

Este indicată căldura specifică de fuziune (litera greacă, citită ca „lambda” sau „lambda”).

Unități: . În acest caz, nu există nicio temperatură în dimensiune, deoarece temperatura nu se modifică în timpul topirii (cristalizării).

Pentru a calcula cantitatea de căldură necesară pentru a topi o substanță, utilizați formula:

Cantitatea de căldură (J);

Căldura specifică de fuziune (care se caută în tabel;

Masa substanței.

Când corpul se cristalizează, este scris cu semnul „-”, deoarece căldura este eliberată.

Un exemplu este căldura specifică de topire a gheții:

... Sau căldura specifică de topire a fierului:

.

Faptul că căldura specifică de topire a gheții este mai mare decât căldura specifică de topire a fierului nu ar trebui să fie surprinzător. Cantitatea de căldură de care are nevoie o anumită substanță pentru a se topi depinde de caracteristicile substanței, în special de energia legăturilor dintre particulele unei anumite substanțe.

În această lecție, am examinat conceptul de căldură specifică de fuziune.

În lecția următoare, vom învăța cum să rezolvăm problemele legate de încălzirea și topirea corpurilor cristaline.

Bibliografie

1. Gendenshtein L. E, Kaidalov A.B., Kozhevnikov VB Fizica 8 / Ed. Orlova V.A., Roizen I.I. - M .: Mnemosina.
2. Peryshkin A.V. Fizica 8. - M .: Gutarda, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizica 8. - M .: Educație.

1. Fizică, mecanică etc. ().
2. Fizica cool ().
3. Portalul de internet Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

Teme pentru acasă

La topire are loc distrugerea rețelei spațiale a corpului cristalin. Acest proces consumă o anumită cantitate de energie dintr-o sursă externă. Ca urmare, energia internă a corpului crește în timpul procesului de topire.

Cantitatea de căldură necesară pentru trecerea unui corp de la starea solidă la starea lichidă la punctul de topire se numește căldură de fuziune.

În procesul de solidificare a corpului, dimpotrivă, energia internă a corpului scade. Corpul emană căldură corpurilor din jur. Conform legii conservării energiei, cantitatea de căldură absorbită de un corp în timpul topirii (la temperatura de topire) este egală cu cantitatea de căldură degajată de acest corp în timpul solidificării (la temperatura de solidificare).

Căldura specifică de fuziune

Căldura de fuziune depinde de masa substanței care se topește și de proprietățile acesteia. Dependența căldurii de topire de tipul de substanță se caracterizează prin căldura specifică de topire a acestei substanțe.

Căldura specifică de fuziune a unei substanțe este raportul dintre căldura de fuziune a unui corp din această substanță și masa corpului.

Să notăm căldura de fuziune prin Q pl , greutatea corporală după literă T iar căldura specifică de fuziune prin litera λ . Atunci

Astfel, pentru a topi un corp cristalin cu o masă m, luată la punctul de topire, necesită o cantitate de căldură egală cu

(8.8.2)

Căldura de cristalizare

Conform legii conservării energiei, cantitatea de căldură eliberată în timpul cristalizării unui corp (la temperatura de cristalizare) este

(8.8.3)

Din formula (8.8.1) rezultă că căldura specifică de fuziune în SI este exprimată în jouli pe kilogram.

Căldura specifică de topire a gheții este destul de mare, 333,7 kJ/kg. Căldura specifică de topire a plumbului este de numai 23 kJ/kg, iar cea a aurului este de 65,7 kJ/kg.

Formulele (8.8.2) și (8.8.3) sunt folosite pentru a rezolva probleme de alcătuire a ecuațiilor de echilibru termic în cazurile în care avem de-a face cu topirea și solidificarea corpurilor cristaline.

Rolul căldurii de topire a gheții și de cristalizare a apei în natură

Absorbția căldurii în timpul topirii gheții și eliberarea acesteia în timpul înghețului apei au un efect semnificativ asupra schimbării temperaturii aerului, în special în apropierea corpurilor de apă. Probabil cu toții ați observat că în timpul ninsorilor abundente se încălzește de obicei.

Valoarea mare a căldurii specifice de topire a gheții este foarte importantă. Înapoi la sfârșitul secolului al XVIII-lea. Omul de știință scoțian D. Black (1728-1799), care a descoperit existența căldurii de topire și cristalizare, a scris: „Dacă gheața nu a avut o căldură semnificativă de topire, atunci în primăvară întreaga masă de aer de gheață este transferată continuu. la gheață. Dar atunci consecințele acestui lucru ar fi îngrozitoare: la urma urmei, chiar și cu situația existentă, au loc inundații mari și fluxuri puternice de apă odată cu topirea unor mase mari de gheață și zăpadă. "

Duză pentru rachete spațiale

Iată un exemplu tehnic interesant de utilizare practică a căldurii de fuziune și vaporizare. La fabricarea unei duze pentru o rachetă spațială, trebuie avut în vedere că jetul de gaz care părăsește duza rachetei are o temperatură de aproximativ 4000 ° C. Practic nu există materiale în natură care, în forma lor pură, să poată rezista la o astfel de temperatură. Prin urmare, trebuie să apelezi la tot felul de trucuri pentru a răci materialul duzei în timp ce combustibilul arde.

Duza este fabricată prin metalurgia pulberilor. O pulbere de metal refractar (wolfram) este plasată în cavitatea matriței. Apoi se stoarce. Pulberea este sinterizată, rezultând o structură poroasă, cum ar fi piatra ponce. Apoi, această „piatră ponce” este impregnată cu cupru (punctul său de topire este de numai 1083 ° C).

Materialul rezultat se numește pseudoaliaj. Figura 8.31 prezintă o fotografie a microstructurii unui pseudo-aliaj. Incluziunile de cupru de formă neregulată sunt vizibile pe fundalul alb al cadrului de tungsten. Acest aliaj poate funcționa, în mod incredibil, pentru o perioadă scurtă de timp, chiar și la temperatura gazelor formate în timpul arderii combustibilului, adică peste 4000 ° C.

Se întâmplă în felul următor. Inițial, temperatura aliajului crește până când ajunge la punctul de topire al cuprului t 1 (fig. 8.32). După aceea, temperatura duzei nu se va schimba până când tot cuprul nu se va topi (intervalul de timp de la τ 1 până la τ 2 ). Ulterior, temperatura crește din nou până când cuprul fierbe. Acest lucru se întâmplă la o temperatură t 2 = 2595 ° C, mai mic decât punctul de topire al wolframului (3380 ° C). Până când tot cuprul a fiert, temperatura duzei nu se va schimba din nou, deoarece cuprul care se evaporă preia căldură din wolfram (intervalul de timp de la τ 3 până la τ 4 ). Desigur, duza nu va funcționa atâta timp cât este necesar. După ce cuprul s-a evaporat, wolframul va începe să se încălzească din nou. Cu toate acestea, motorul rachetei funcționează doar câteva minute, iar în acest timp duza nu va avea timp să se supraîncălzească și să se topească.

Tema: „Topirea și cristalizarea.

Căldura specifică de fuziune și cristalizare”

Obiectivele lecției:

În urma lucrărilor din lecție, elevii trebuie să învețe definiția conceptelor de „topire”, „cristalizare”, „punct de topire”, „căldura specifică de fuziune și cristalizare”; să poată explica invariabilitatea transformărilor de temperatură și energie în procesele de topire și cristalizare; analizați graficul dependenței temperaturii corpului de timpul de încălzire și graficul răcirii lichidului încălzit; cunoașteți formula de calcul a cantității de căldură necesară pentru a topi (cristaliza) un corp.

În timpul orelor.

Moment organizatoric (1 minut).
Repetarea materialului studiat (4 minute)

Sondaj frontal.

1. În ce stări de agregare poate fi aceeași substanță?

2. Ce determină cutare sau cutare stare de agregare a materiei?

3. Care sunt caracteristicile structurii moleculare a gazelor, lichidelor și solidelor?

4. Tranzițiile sunt posibile: de la solid la lichid, de la lichid la gazos, de la gaz la solid și tranziții inverse: de la solid la gazos, de la gaz la lichid, de la lichid la solid. Stabiliți o corespondență între tranzițiile și fenomenele corespunzătoare acestora. (Profesorul denumește fenomenul, elevii determină cărei tranziții îi corespunde acest fenomen).

S → F: topirea gheții, topirea metalului;

L → G: formarea de abur când apa fierbe; evaporarea apei;

T → G: miros de naftalină, evaporare de gheață carbonică;

W → S: înghețarea apei;

D → F: pierdere de rouă, formare de ceață;

G → T: formarea de modele pe ferestre iarna.

În natură - ciclul apei. Evaporarea apei, formarea de ceață, nori, zăpadă, rouă... Pentru a înțelege procesele care au loc în natură și a le putea controla, trebuie să cunoașteți condițiile în care are loc transformarea unei stări agregate a materiei în alta. .

Introducere în tema lecției.

Astăzi, în lecție, ne vom familiariza mai detaliat cu tranzițiile unei substanțe de la o stare solidă la o stare lichidă, de la o stare lichidă la o stare solidă, adică cu procesul de topire a corpurilor cristaline și procesul opus. - procesul de cristalizare.

Învățarea de materiale noi. (20 de minute)
Cercetare experimentală

Elevii definesc problema, scopul, ipoteza cercetării.

Problemă de cercetare: pentru a stabili cum se va schimba temperatura gheții atunci când este încălzită și topită.

Scopul cercetării: studierea schimbării temperaturii în timpul diferitelor procese - încălzirea și topirea gheții, realizarea unui grafic al dependenței temperaturii gheții în timp.

Presupunem că atunci când gheața este încălzită, temperatura acesteia va crește până la punctul de topire, la care gheața se va topi fără a modifica temperatura.

Fundamentarea ipotezei: punctul de topire al gheții este de 0 ° C, deci gheața va fi mai întâi încălzită până la punctul de topire. Deoarece topirea este un proces care are loc la o temperatură constantă, temperatura gheții nu va crește până când toată gheața nu se va transforma în apă.

Echipament:

Calorimetru. Gheata zdrobita. Termometru. Ceas.

Progresul cercetării:

Pune gheață pisată în calorimetru. Măsurați temperatura gheții. Continuați să faceți măsurători la intervale regulate. Introduceți rezultatele măsurătorii în tabel.

Tabelul 1. Date experimentale pentru studiu

Interval de timp, f, s
Citirile termometrului t, оС

Construiți un grafic pe baza datelor de măsurare. A trage concluzii.

Temperatura gheții a crescut până a ajuns la 0 ° C, așa a avut loc procesul de încălzire, temperatura gheții a crescut. De îndată ce temperatura a ajuns la 0, gheața a început să se topească și nu s-a schimbat mult timp (până când gheața s-a topit). Și de îndată ce toată gheața s-a topit, temperatura a început să crească din nou. Astfel, putem spune că procesul de încălzire are loc odată cu creșterea temperaturii, iar procesul de topire are loc la o temperatură constantă.

Am constatat că temperatura gheții crește mai întâi și apoi, după ce a ajuns la 0 ° C (gheața începe să se topească), rămâne neschimbată până când toată gheața se topește.

Trecerea unei substanțe de la starea solidă la starea lichidă se numește topire.

Temperatura la care are loc tranziția unui solid într-un lichid se numește punct de topire. Punctul de topire al diferitelor substanțe este o valoare tabelară.

Tine minte

Pentru fiecare substanță există o temperatură peste care nu poate fi în stare solidă în condiții date. Procesul de topire necesită energie. Temperatura substanței nu se modifică în timpul topirii.
Vizionarea procesului de solidificare a lichidelor prin video.

Procesul de trecere a unei substanțe de la starea lichidă la starea solidă se numește cristalizare.

Când o substanță se topește, câștigă energie. În timpul cristalizării, dimpotrivă, îl eliberează în mediu.

Tine minte:

Pentru fiecare substanță, există o temperatură la care substanța trece de la starea lichidă la starea solidă (temperatura de cristalizare). Procesul de întărire este însoțit de eliberarea de energie. Temperatura rămâne constantă în timpul cristalizării.

Concluzii: Topirea și cristalizarea sunt două procese opuse. În primul caz, substanța absoarbe energie din exterior, iar în al doilea, o eliberează în mediu.

MINUT DE EXERCIȚIU

Luați în considerare graficul de topire și cristalizare a gheții.

Analiza graficului de topire și cristalizare și explicarea acestuia pe baza cunoașterii structurii moleculare a materiei. Fiecare substanță are propriul punct de topire și această temperatură determină domeniile de aplicare a solidelor în viața de zi cu zi și în tehnologie. Metalele refractare sunt folosite pentru a realiza structuri rezistente la căldură în avioane și rachete, reactoare nucleare etc.
Căldura specifică de fuziune și cristalizare.

O mărime fizică care este numeric egală cu cantitatea de căldură pe care o absoarbe un solid cu o masă de 1 kg la punctul de topire pentru a ajunge în stare lichidă se numește căldură specifică de fuziune.

l - căldură specifică de fuziune şi cristalizare.

Mărimea fizică care arată câtă căldură este necesară pentru a transforma 1 kg dintr-o substanță cristalină luată la temperatura de topire într-un lichid se numește căldură specifică de fuziune.

În SI, căldurile specifice de fuziune și cristalizare sunt măsurate în jouli pe kilogram.

IY. Rezolvarea problemelor de calitate. (5 minute)

Temperatura arzatorului pe gaz 5000 C. Ce materiale pot fi folosite? (Din materiale cu un punct de topire peste 5000 C). Ce metal se va topi în palma mâinii tale? (Cesiu) De ce gheața nu se topește imediat în cameră dacă este adusă din frig? (Gheața trebuie să se încălzească până la punctul de topire, iar acest lucru necesită timp). Analiza graficului de topire și solidificare.

Pentru ce substanțe sunt reprezentate graficele? Cum ai definit-o? Răspuns: Graficul superior (roșu) este reprezentat pentru plumb, deoarece plumbul se topește la o temperatură de 327єС, iar secțiunea LM a graficului corespunde doar procesului de topire. Graficul inferior (verde) este reprezentat pentru staniu, deoarece punctul de topire al staniului este 232єС. Care substanță a durat mai mult să se topească? Care substanță a cristalizat mai repede?

Y. Rezolvarea problemelor TRIZ (5 min)

Un cui de fier este aruncat într-un pahar cu apă, dar nu a căzut pe fundul paharului? De ce? (Apa in stare solida) Prepararea dulciurilor „sticla de sirop”. (Siropul se îngheață și se toarnă cu ciocolată fierbinte) Cum se îndepărtează sedimentul într-o băutură carbogazoasă? (Întoarceți sticla cu susul în jos și puneți-o pe gheață, sedimentul cu o parte din lichidul întărit va rămâne pe dopul când sticla este desfundată)

YI. Consolidarea materialului studiat. (5 minute)

OPTIUNEA Nr. 1

OPTIUNEA Nr. 2

1. Se numește trecerea unei substanțe din stare lichidă în stare solidă A. Topirea. B. Difuzia. B. Cristalizarea. D. Prin încălzire. E. Răcire. 2. Fonta se topeste la temperatura de 1200 0C. Ce se poate spune despre temperatura de solidificare a fontei? A. Poate fi oricine. B. Egal 1200 0С. B. Peste punctul de topire D. Sub punctul de topire. 3. Este posibil să se topească într-un vas de cupru? B. Nu poți. 4. În timpul zborului, temperatura suprafeței exterioare a rachetei crește la 1500 - 2000 0C. Ce metale sunt folosite pentru placarea exterioară? A. Fier. B. Platină. G. Wolfram. 5. Ce segment al graficului caracterizează procesul de încălzire a unui solid? T, 0C A. AB.

1. Se numește trecerea unei substanțe de la starea solidă la starea lichidă A. Răcirea. B. Cristalizarea. B. Difuzia. D. Prin încălzire. D. Topirea. 2. Staniul se solidifică la o temperatură de 232 ° C. Dar punctul său de topire? A. Peste temperatura de întărire B. Poate fi oricine. B. Egal 232 0С. D. Sub temperatura de solidificare 3. Este posibil să se topească plumbul într-un vas de zinc? B. Nu poți. 4. Din duza unui avion cu reacție este emis gaz, a cărui temperatură este de 800–1100 ° C. Ce metale pot fi folosite pentru a face o duză? B. Plumb. B. Aluminiu. 5. Ce segment al graficului caracterizează procesul de topire? T, 0C A. AB.

Opțiunea 1	Opțiunea 2

YII. Rezumatul lecției. (2 min.) Rezumatul lecției. Munca de notare.

Tema pentru acasă: §9, 10, exercițiul 8 (1-3). Activitate creativă: Găsiți fapte interesante despre cea mai scăzută temperatură și cea mai ridicată temperatură.

Dirijare

proiectarea unei lecţii de fizică în

Profesor de fizică la Instituția de Învățământ de Stat „Școala Gimnazială Nr. 42”

Tema lecției: Topirea și cristalizarea. Căldura specifică de fuziune și cristalizare

Tipul de lecție: o lecție în studiul și consolidarea primară a noilor cunoștințe.

Scopul lecției: să ofere o aprofundare și sistematizare a cunoștințelor elevilor despre structura materiei; învățați elevii să înțeleagă esența unor fenomene termice precum topirea și cristalizarea; asimilarea conceptului de „căldură specifică de fuziune” și a formulei de calcul a cantității de căldură necesară pentru topire; formarea deprinderilor de analiză a transformărilor energetice în timpul topirii și cristalizării unei substanțe.

Obiectivele lecției:

Educativ: să studieze caracteristicile comportamentului unei substanțe în timpul trecerii de la stare solidă la stare lichidă și invers; explicați graficul de topire și solidificare, explicați procesele de topire și solidificare pe baza structurii moleculare a substanței.

Dezvoltare: continuați formarea de motive pozitive pentru învățare, dezvoltați independența atunci când efectuați și observați experimentul, învățați cum să aplicați cunoștințele dobândite în practică.

Educațional: continuați formarea unei viziuni asupra lumii folosind exemplul proceselor termice, arătați relații cauză-efect, arătați importanța cunoștințelor și abilităților folosind exemplul analizării sarcinilor de calitate.

Demonstrații și echipamente experimentale: studiul dependenței punctului de topire al gheții de timp (calorimetru, termometru, ceas, gheață pisată, lampă cu spirt, trepied), video despre cristalizarea apei, tabelul punctelor de topire a unor substanțe, tabelul căldurilor specifice de topire a unor substanțe, grafic de topire și cristalizare ...

Pașii lecției	Obiectivele etapei	Activitatea profesorului	Activitati elevilor	Tehnici, metode, echipamente	rezultat
I. Etapa organizaţional-motivaţională	Creați o dispoziție emoțională pentru articulație.	Demonstrează o atitudine prietenoasă față de copii. Organizează atenția, pregătirea pentru lecție.	Se salută cu zâmbete. Ascultă, acordă-te la muncă.	verbal	Se salută, arată pregătirea psihologică pentru cooperare
II. Etapa de actualizare a cunoștințelor	Dezvoltați inteligența, interesul pentru subiect	Organizează munca elevilor pentru a verifica materialul studiat anterior	Răspundeți la întrebări	Colectiv, individual	Verificați asimilarea materialului studiat anterior
III Comunicarea temei și a obiectivelor lecției	Furnizați activitate de stabilire a obiectivelor lecției	Creează o situație problemă, explică sarcina de învățare,	Răspunde la întrebări, formulează scopul lecției	Verbal, vizual. Crearea unei situații problematice la determinarea scopului lecției. Prezentare	Capacitatea de a determina scopul lecției
IV. Lucrând pe tema lecției	Dezvăluie înțelegerea și înțelegerea subiectului	Formează capacitatea de a dobândi cunoştinţe în mod independent prin implementarea unei sarcini experimentale.	Efectuați o sarcină experimentală, participați la o conversație	Cautare probleme, vizuale, verbale. Crearea unei situații problematice pentru căutarea creativă	Percepția, înțelegerea și memorarea primară a materialului studiat
V. Educaţie fizică	Eliberați stresul asociat stresului mental și fizic.	Organizează o pauză de antrenament fizic	Exercițiu	Frontal	Eliberarea stresului asociat stresului mental și fizic.
Vi. Rezolvarea sarcinilor și sarcinilor de înaltă calitate ale TRIZ (10 min)	Să dezvolte abilitățile și abilitățile de rezolvare a problemelor fizice, aplicând cunoștințele teoretice obținute în practică, într-o situație specifică	Organizează activitățile elevilor în rezolvarea problemelor, asigură controlul asupra implementării acestora	Rezolva sarcini	Munca individuală și în echipă a elevilor	Abilitatea de a aplica cunoștințele în practică și de a utiliza diverse tehnici pentru rezolvarea problemelor
Vii. Consolidarea materialului studiat (5 min)	Verificați asimilarea materialului, identificați lacune în înțelegerea materialului.	Organizează munca independentă a elevilor.	Efectuați sarcini de nivel diferit, testați	Căutare parțială, Individ, grup.	Abilitatea de a utiliza cunoștințele în munca independentă
VIII. Tema pentru acasă (1 min.)	Întăriți capacitatea de a face temele conform algoritmului	Organizează brainstorming la teme Oferă o explicație a temei.	Ei pătrund în esența temelor, o înțeleg.	Verbal,	Înțelegerea temelor
IX. Rezumatul lecției, reflecție (2 min)	Rezumați cunoștințele pe tema lecției. Evaluează rezultatele elevilor. Determinați atitudinea elevilor față de lecție, față de activitățile comune	Formează o evaluare adecvată asupra implementării sarcinilor atribuite lecției Încurajează elevii să-și evalueze activitățile din lecție, sentimentele și starea de spirit	Își analizează activitățile, își arată atitudinea față de lecție, sentimentele și starea de spirit cu ajutorul simbolurilor.	Verbal, analitic. Introspecție, stima de sine.	Satisfacția cu munca depusă, finalizarea emoțională a lecției.

Pentru a topi orice substanță în stare solidă, aceasta trebuie încălzită. Și când orice corp este încălzit, se remarcă o caracteristică curioasă

Particularitatea este aceasta: temperatura corpului crește până la punctul de topire și apoi se oprește până în momentul în care întregul corp se transformă complet într-o stare lichidă. După topire, temperatura începe să crească din nou, dacă, desigur, încălzirea continuă. Adică există o perioadă de timp în care încălzim corpul, dar acesta nu se încălzește. Unde se duce energia termică pe care o cheltuim? Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie să priviți în interiorul corpului.

Într-un solid, moleculele sunt aranjate într-o ordine specifică sub formă de cristale. Practic nu se mișcă, doar puțin ezită în loc. Pentru ca o substanță să treacă în stare lichidă, moleculelor trebuie să li se acorde energie suplimentară, astfel încât să poată scăpa de atracția moleculelor învecinate din cristale. Prin încălzirea corpului, dăm moleculelor această energie necesară. Și până când toate moleculele primesc suficientă energie și toate cristalele sunt distruse, temperatura corpului nu crește. Experimentele arată că pentru diferite substanțe de aceeași masă sunt necesare cantități diferite de căldură pentru topirea sa completă.

Adică există o anumită valoare de care depinde, câtă căldură trebuie să fie absorbită de substanță pentru a se topi... Și această valoare este diferită pentru diferite substanțe. Această cantitate în fizică se numește căldură specifică de fuziune a unei substanțe. Din nou, în urma experimentelor, valorile căldurilor specifice de fuziune pentru diferite substanțe au fost stabilite și colectate în tabele speciale din care se pot extrage aceste informații. Căldura specifică de fuziune este notă cu litera greacă λ (lambda), iar unitatea este de 1 J/kg.

Formula specifică a căldurii de fuziune

Căldura specifică de fuziune se găsește prin formula:

unde Q este cantitatea de căldură necesară pentru a topi un corp de masă m.

Din nou, se știe din experimente că în timpul solidificării, substanțele eliberează aceeași cantitate de căldură care trebuia cheltuită pentru topirea lor. Moleculele, pierzând energie, formează cristale, neputând rezista atracției altor molecule. Și din nou, temperatura corpului nu va scădea până în momentul în care întregul corp se întărește și până când toată energia care a fost cheltuită la topirea lui nu va fi eliberată. Adică, căldura specifică de fuziune arată câtă energie trebuie consumată pentru a topi un corp de masă m și câtă energie va fi eliberată atunci când acest corp se va solidifica.

De exemplu, căldura specifică de fuziune a apei în stare solidă, adică căldura specifică de fuziune a gheții este de 3,4 * 105 J / kg. Aceste date vă permit să calculați câtă energie este necesară pentru a topi gheața de orice masă. Cunoscând, de asemenea, căldura specifică a gheții și apei, este posibil să se calculeze exact câtă energie este necesară pentru un anumit proces, de exemplu, pentru a topi gheața cu o masă de 2 kg și o temperatură de - 30˚С și pentru a aduce rezultatul rezultat. apa la fiert. Astfel de informații pentru diferite substanțe sunt foarte necesare în industrie pentru a calcula consumul real de energie în producția oricăror bunuri.

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

§ 269. Căldura specifică de topire

Am văzut că un vas de gheață și apă adus într-o cameră caldă nu se încălzește până când toată gheața nu se topește. În acest caz, apa se obține din gheață la aceeași temperatură. În acest moment, căldura curge către amestecul de gheață-apă și, prin urmare, energia internă a acestui amestec crește. Din aceasta trebuie să concluzionăm că energia internă a apei este mai mare decât energia internă a gheții la aceeași temperatură. Deoarece energia cinetică a moleculelor, a apei și a gheții este aceeași, creșterea energiei interne în timpul topirii este o creștere a energiei potențiale a moleculelor.

Experiența arată că ceea ce s-a spus este adevărat pentru toate cristalele. Când cristalul se topește, este necesară creșterea continuă a energiei interne a sistemului, în timp ce temperatura cristalului și a topiturii rămân neschimbate. De obicei, o creștere a energiei interne are loc atunci când o anumită cantitate de căldură este transferată către cristal. Același scop poate fi atins făcând lucrări, cum ar fi frecarea. Deci, energia internă a topiturii este întotdeauna mai mare decât energia internă a aceleiași mase de cristale la aceeași temperatură. Aceasta înseamnă că un aranjament ordonat de particule (în stare cristalină) corespunde unei energii mai mici decât un aranjament dezordonat (într-o topitură).

Cantitatea de căldură necesară pentru a transfera o unitate de masă a unui cristal într-o topitură de aceeași temperatură se numește căldură specifică de fuziune a unui cristal. Se exprimă în jouli pe kilogram.

Când o substanță se solidifică, căldura de fuziune este eliberată și transferată către corpurile din jur.

Determinarea căldurii specifice de topire a corpurilor refractare (corpi cu un punct de topire ridicat) nu este o sarcină ușoară. Căldura specifică de fuziune a unui cristal cu topire scăzută, cum ar fi gheața, poate fi determinată cu un calorimetru. După ce am turnat o anumită cantitate de apă cu o anumită temperatură în calorimetru și am aruncat în el o anumită masă de gheață care a început deja să se topească, adică are o temperatură, să așteptăm până când toată gheața s-a topit și temperatura de apa din calorimetru capătă o valoare constantă. Folosind legea conservării energiei, compunem ecuația bilanţului termic (§ 209), care ne permite să determinăm căldura specifică de topire a gheţii.

Fie masa apei (inclusiv echivalentul în apă al calorimetrului) să fie egală cu masa gheții -, căldura specifică a apei -, temperatura inițială a apei -, finala -, căldura specifică de topire a gheții -. Ecuația bilanţului termic are forma

.

Masa 16 arată valorile căldurilor specifice de topire ale unor substanțe. Este de remarcată căldura mare de topire a gheții. Această circumstanță este foarte importantă, deoarece încetinește topirea gheții în natură. Dacă căldura specifică de topire ar fi mult mai mică, inundațiile de primăvară ar fi de multe ori mai puternice. Cunoscând căldura specifică de fuziune, putem calcula câtă căldură este necesară pentru a topi un corp. Dacă corpul este deja încălzit până la punctul de topire, atunci este necesar să consumați căldură doar pentru a-l topi. Dacă are o temperatură sub punctul de topire, atunci trebuie totuși să cheltuiți căldura pentru încălzire. Tabelul 16.

269,1. Bucățile de gheață se aruncă într-un vas cu apă, bine ferit de afluxul de căldură din exterior. Câtă gheață poți arunca pentru ca aceasta să se topească complet dacă în vas există 500 g de apă la? Capacitatea termică a unui vas poate fi considerată neglijabilă în comparație cu capacitatea termică a apei din acesta. Capacitatea termică specifică a gheții este

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

2014-06-01 Găleata conține un amestec de apă și gheață cu o masă de m = 10kg. Găleata a fost adusă în cameră și temperatura amestecului a fost măsurată imediat. Dependența de temperatură rezultată de timpul T (f) este prezentată în Fig. Capacitatea termică specifică a apei este cw = 4,2J / (kg⋅K), căldura specifică de topire a gheții este l = 340kJ / kg.

Determinați masa ml de gheață din găleată când a fost adusă în cameră. Ignorați capacitatea de căldură a găleții. Soluție: După cum se poate observa din grafic, temperatura amestecului nu s-a schimbat în primele 50 de minute și a rămas la 0∘C. În tot acest timp, căldura primită de amestec din cameră a fost folosită pentru a topi gheața. După 50 de minute, toată gheața s-a topit și temperatura apei a început să crească. În 10 minute (de la f1 = 50 la f2 = 60 min), temperatura a crescut cu DT = 2∘C. Căldura furnizată apei din cameră în acest timp este egală cu q = cwmvDT = 84kJ. Aceasta înseamnă că în primele 50 de minute, cantitatea de căldură Q = 5q = 420 kJ a fost furnizată amestecului din cameră. Această căldură a fost folosită pentru a topi masa de ml de gheață: Q = lml. Astfel, masa de gheață dintr-o găleată introdusă în cameră este egală cu ml = Q / l≈1,2 kg.

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