Уд теплота плавления. Молекулярная физика

На данном уроке мы изучим понятие «удельная теплота плавления». Эта величина характеризует количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества при температуре плавления, чтобы оно из твердого состояния перешло в жидкое (или наоборот).

Мы изучим формулу для нахождения количества теплоты, которое необходимо для плавления (или выделяется при кристаллизации) вещества.

Тема: Агрегатные состояния вещества

Урок: Удельная теплота плавления

Данный урок посвящён основной характеристике плавления (кристаллизации) вещества - удельной теплоте плавления.

На прошлом уроке мы затрагивали вопрос: как изменяется внутренняя энергия тела при плавлении?

Мы выяснили, что при подведении теплоты внутренняя энергия тела возрастает. Вместе с тем, мы знаем, что внутренняя энергия тела может характеризоваться таким понятием, как температура. Как нам уже известно, при плавлении температура не меняется. Поэтому может возникнуть подозрение, что мы имеем дело с парадоксом: внутренняя энергия увеличивается, а температура не меняется.

Объяснение этого факта довольно простое: вся энергия тратится на разрушение кристаллической решётки. Аналогично и в обратном процессе: при кристаллизации молекулы вещества объединяются в единую систему, при этом избыток энергии отдаётся и поглощается внешней средой.

В результате различных экспериментов удалось установить, что для одного и того же вещества требуется различное количество теплоты, чтобы перевести его из твёрдого состояния в жидкое.

Тогда было решено сравнить эти количества теплоты при одинаковой массе вещества. Это привело к появлению такой характеристики, как удельная теплота плавления.

Определение

Удельная теплота плавления - количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества, нагретому до температуры плавления, чтобы перевести его из твёрдого состояния в жидкое.

Такая же величина выделяется и при кристаллизации 1 кг вещества.

Обозначается удельная теплота плавления (греческая буква, читается как «лямбда» или «ламбда»).

Единицы измерения: . В данном случае в размерности отсутствует температура, так как при плавлении (кристаллизации) температура не меняется.

Для вычисления количества теплоты, необходимого для плавления вещества, используется формула:

Количество теплоты (Дж);

Удельная теплота плавления (, которая ищется по таблице;

Масса вещества.

Когда тело кристаллизуется, пишется со знаком «-», так как тепло выделяется.

В качестве примера можно привести удельную теплоту плавления льда:

. Или удельную теплоту плавления железа:

.

То, что удельная теплота плавления льда получилась больше удельной теплоты плавления железа, не должно удивлять. Количество теплоты, которое необходимо тому или иному веществу для плавления, зависит от характеристик вещества, в частности, от энергии связей между частицами данного вещества.

На этом уроке мы рассмотрели понятие удельной теплоты плавления.

На следующем уроке мы научимся решать задачи на нагревание и плавление кристаллических тел.

Список литературы

1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. - М.: Мнемозина.
2. Перышкин А. В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.

1. Физика, механика и т. п. ().
2. Классная физика ().
3. Интернет-портал Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

Домашнее задание

На графике (рис. 198) очень наглядно показано, что, пока нафталин плавится, температура его не меняется. И лишь после того, как он весь расплавится, температура образовавшейся жидкости начинает повышаться. Но ведь и во время процесса плавления нафталин получает энергию от сгорающего в нагревателе топлива. А из закона сохранения энергии следует, что она не может исчезнуть. На что же расходуется энергия топлива во время процесса плавления?

На этот вопрос можно ответить, если вспомнить, что при плавлении происходит разрушение кристалла. На это и расходуется энергия.

Следовательно, энергия, которую получает кристаллическое тело, после того как оно уже нагрето до температуры плавления, расходуется на изменение его внутренней энергии при переходе в жидкое состояние.

Количество теплоты, необходимое для превращения при температуре плавления твердого кристаллического вещества массой 1 кг в жидкость, называют удельной теплотой плавления.

Удельную теплоту плавления измеряют в Дж/кг и обозначают буквой λ.

Определяют удельную теплоту плавления на опыте. Так, опытным путем было установлено, что удельная теплота плавления льда равна 3,4 10 5 Дж/кг. Это означает, что для превращения куска льда массой 1 кг, взятого при 0°С, в воду такой же температуры требуется затратить 3,4 10 5 Дж.

Следовательно, при температуре плавления внутренняя энергия вещества массой 1 кг в жидком состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в твердом состоянии на удельную теплоту плавления.

Например, внутренняя энергия воды массой 1 кг при температуре 0°С на 3,4 10 5 Дж больше внутренней энергии льда массой 1 кг при той же температуре.

Пример. Для приготовления лая турист положил в котелок 2 кг льда, имеющего температуру 0°С. Какое количество теплоты необходимо для превращения этого льда в кипяток при температуре 100 °С?

Сколько теплоты понадобилось бы, если вместо льда турист взял из проруби 2 кг воды при температуре 0 °С?

Если бы вместо льда было взято 2 кг воды при 0°С, то понадобилось бы количество теплоты, необходимое только для ее нагревания от 0 до 100 °С, т. е. Q2= 8,4 10 5 Дж.

Вопросы. 1. Чем объяснить, что в течение всего времени процесса плавления кристаллического тела температура его не меняется? 2. На что расходуется энергия сгорающего в нагревателе топлива при плавлении кристаллического тела? 3. Что такое удельная теплота плавления? 4. В каких единицах выражают удельную теплоту плавления?

Упражнения. На рисунке 199 изображены графики зависимости изменения температуры от времени двух тел одинаковой массы. У какого из тел выше точка плавления? У какого больше теплота плавления ? Одинаковы ли удельные теплоемкости тел?

Что вещество может быть в одном из состояний - газообразном, жидком, твердом. И может переходить из одного в другое. Самый простой пример - кусок льда тает, превращается в жидкость и затем в пар. Во всем этом процессе превращения в пар очень интересен этап плавления и один из его параметров - удельная теплота плавления.

Если вспомнить, как проходит плавление, то можно выделить несколько этапов. Возьмем в качестве примера свинец. На первом этапе происходит нагрев свинца, температура поднимается до 327 (температура плавления). После того, как плавление началось, долгое время ничего не происходит.

Температура свинца, несмотря на подводимое к нему тепло, остается постоянной и держится такой, пока не закончится весь процесс. И только после этого при продолжающемся нагреве температура начинает опять повышаться. Из наблюдаемой картины следуют некоторые выводы. У твердого тела все молекулы находятся в определенном порядке и жестко связаны с соседними молекулами.

Для того чтобы они могли свободно перемещаться на другое место, связи с соседними молекулами надо разорвать, что и происходит в процессе плавления. Для этого телу надо передать определенную норму тепла, называемую теплотой плавления. Для каждого вещества потребуется разное количество тепла. Причина обусловлена таким свойством вещества, как удельная теплота плавления, которая определяется как количество тепла, затрачиваемое на расплавление одного килограмма вещества. Единицей измерения является Джоуль/килограмм.

Как уже упоминалась, для каждого материала эта величина своя. плавления свинца отличается от той же величины для льда. И здесь возникает очень любопытный момент. Удельная теплота плавления стали составляет в среднем 85 кДж/кг, а у воды (льда) тот же параметр составляет в среднем 335 кДж/кг. У льда высокое значение этого параметра можно считать большим подарком от природы.

Ведь благодаря этому весь снег, лед не тает мгновенно, а все происходит продолжительное время. В противном случае снег растаял бы очень быстро, и паводки были ли бы более многоводными и разрушительными. Кроме того, такие уникальные свойства воды способствуют стабилизации климата на планете.

Имеются таблицы с данными об удельной теплоте плавления отдельных материалов. Зная эту величину, рассчитывается, сколько тепла нужно для того, чтобы расплавить материал, и определить, сколько нужно топлива для проведения плавки. Если тело нагрето до температуры плавления, то теплота нужна только на плавление, а если его температура ниже температуры плавления, то теплота необходима на нагрев вещества до

Такие расчеты чрезвычайно полезны в промышленности для расчета затрат на производстве.

Кстати, при остывании расплавленного вещества происходит обратный плавлению процесс - кристаллизация. В этом случае при остывании вещества восстанавливаются разорванные связи между молекулами и выделяется тепло.

Рассматривая процесс плавления вещества и проходящие при этом явления, было определено такое понятие, как удельная теплота плавления. Проведено сравнение данного показателя для разных веществ, определено, каким образом высокое значение этого параметра у льда благотворно влияет на климат планеты.

Удельной теплотой плавления называют количество теплоты, которое требуется для расплавления одного грамма вещества. Удельная теплота плавления измеряется в джоулях на килограмм и рассчитывается, как частное от деления количества теплоты на массу плавящегося вещества.

Удельная теплота плавления для разных веществ

Различные вещества имеют разную удельную теплоту плавления.

Алюминий - металл серебристого цвета. Он легко поддается обработке и широко используется в технике. Его удельная теплота плавления составляет 290 кДж/кг.

Железо - тоже металл, один из самых распространенных на Земле. Железо находит широкое применение в промышленности. Его удельная теплота плавления равняется 277 кДж/кг.

Золото - благородный металл. Оно используется в ювелирном деле, в стоматологии и фармакологии. Удельная теплота плавления золота составляет 66.2 кДж/кг.

Серебро и платина - также благородные металлы. Их используют в изготовлении ювелирных украшений, в технике и медицине. Удельная теплота составляет 101 кДж/кг, а серебра - 105 кДж/кг.

Олово представляет собой легкоплавкий металл серого цвета. Оно широко применяется в составе припоев, для изготовления белой жести и в производстве бронзы. Удельная теплота составляет 60.7 кДж/кг.

Ртуть представляет собой подвижный металл, замерзающий при температуре -39 градусов. Это - единственный из металлов, который в нормальных условиях существует в жидком состоянии. Ртуть применяется в металлургии, медицине, технике, химической промышленности. Ее удельная теплота плавления составляет 12 кДж/кг.

Лёд представляет собой твердую фазу воды. Его удельная теплота плавления равняется 335 кДж/кг.

Нафталин - органическое вещество, сходное по химическим свойствам с . Он плавится при 80 градусах и самовоспламеняется при 525 градусах. Нафталин широко используется в химической промышленности, фармацевтике, производстве взрывчатых веществ и красителей. Удельная теплота плавления нафталина составляет 151 кДж/кг.

Газы метан и пропан используются в качестве энергоносителей и служат сырьем в химической промышленности. Удельная теплота плавления метана составляет 59 кДж/кг, а - 79.9 кДж/кг.

Уде́льная теплота́ плавле́ния (также: энтальпия плавления ; также существует равнозначное понятие уде́льная теплота́ кристаллиза́ции ) - физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить одной единице массы кристаллического вещества в равновесном изобарно-изотермическом процессе, чтобы перевести его из твёрдого (кристаллического) состояния в жидкое при температуре плавления (то же количество теплоты выделяется при кристаллизации вещества).

Теплота плавления - частный случай теплоты фазового перехода I рода.

Различают удельную теплоту плавления (Дж /кг) и молярную (Дж /моль).

Удельная теплота плавления обозначается буквой $\backslash lambda$ (греческая буква лямбда ). Формула расчёта удельной теплоты плавления: $\backslash lambda=\backslash frac\{Q\}\{m\}$, где $\backslash lambda$ - удельная теплота плавления, $Q$ - количество теплоты , полученное веществом при плавлении (или выделившееся при кристаллизации), $m$ - масса плавящегося (кристаллизующегося) вещества.

См.также

Напишите отзыв о статье "Удельная теплота плавления"

Литература

• Енохович А. С. Краткий справочник по физике. - М .: «Высшая школа», 1976. - С. 114. - 288 с.

Отрывок, характеризующий Удельная теплота плавления