Как да намерите специфичната топлина на топене на вещество. Количество топлина

Видяхме, че съд с лед и вода, внесен в топла стая, не се нагрява, 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. Тъй като кинетичната енергия на молекулите, водата и леда е една и съща, увеличаването на вътрешната енергия по време на топенето е увеличение 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.

Определянето на специфичната топлина на топене на огнеупорни тела (тела с висока точка на топене) не е лесна задача. Специфичната топлина на топене на кристал с ниска топимост като лед може да се определи с помощта на калориметър. След като налеем в калориметъра определено количество вода с определена температура и хвърлим 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 - , специфичната топлина на топене на леда - . Уравнението на топлинния баланс има формата

.

В табл Таблица 16 показва специфичната топлина на топене на някои вещества. Трябва 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.

вещество		вещество

Всеки знае, че водата може да съществува в природата в три агрегатни състояния - твърдо, течно и газообразно. При топенето настъпва трансформацията твърд ледв течност и при по-нататъшно нагряване течността се изпарява, образувайки водна пара. Какви са условията за топене, кристализация, изпарение и кондензация на водата? При каква температура се топи ледът или се образува пара? Ще говорим за това в тази статия.

Това не означава, че водните пари и ледът са рядкост Ежедневието. Най-разпространено обаче е течното състояние – обикновена вода. Експертите са установили, че на нашата планета има повече от 1 милиард кубически километра вода. Въпреки това, не повече от 3 милиона km 3 вода принадлежи на сладки водни тела. Доста голямо количество прясна вода „почива“ в ледниците (около 30 милиона кубични километра). Разтопяването на леда на такива огромни блокове обаче далеч не е лесно. Останалата част от водата е солена, принадлежаща към моретата на Световния океан.

Вода заобикаля модерен човекнавсякъде, по време на повечето ежедневни дейности. Мнозина смятат, че запасите от вода са неизчерпаеми и човечеството винаги ще може да използва ресурсите на хидросферата на Земята. Това обаче не е така. Водните ресурси на нашата планета постепенно се изчерпват и в рамките на няколкостотин години на Земята може изобщо да не остане прясна вода. Следователно абсолютно всеки човек трябва да се отнася внимателно към прясната вода и да я пести. В крайна сметка дори в наше време има държави, в които водните запаси са катастрофално малки.

Свойства на водата

Преди да говорим за температурата на топене на леда, си струва да разгледаме основните свойства на тази уникална течност.

И така, водата има следните свойства:

• Липса на цвят.
• Без миризма.
• Липса на вкус (колкото и високо качество пия водавкусно е).
• Прозрачност.
• Течливост.
• Способността да се разтварят различни вещества (например соли, алкали и др.).
• Водата няма собствена постоянна форма и е в състояние да приеме формата на съда, в който попада.
• Възможност за пречистване чрез филтриране.
• При нагряване водата се разширява, а при охлаждане се свива.
• Водата може да се изпари в пара и да замръзне, за да образува кристален лед.

Този списък показва основните свойства на водата. Сега нека да разберем какви са характеристиките на твърдото състояние на агрегация на това вещество и при каква температура се топи ледът.

Ледът е твърдо кристално вещество, което има доста нестабилна структура. Той, подобно на водата, е прозрачен, без цвят и мирис. Ледът също има свойства като крехкост и хлъзгавост; студен е на допир.

Снегът също е замръзнала вода, но има рохкава структура и бял цвят. Това е сняг, който вали всяка година в повечето страни по света.

И снегът, и ледът са изключително нестабилни вещества. Не са необходими много усилия, за да се разтопи ледът. Кога започва да се топи?

В природата твърдият лед съществува само при температури от 0 °C и по-ниски. Ако температурата заобикаляща средасе повишава и става над 0 °C, ледът започва да се топи.

При температурата на топене на леда, при 0 °C, протича друг процес - замръзване, или кристализация, на течна вода.

Този процес може да се наблюдава от всички жители на умерено континентален климат. През зимата, когато външната температура падне под 0 °C, често вали сняг, който не се топи. И течната вода, която беше по улиците, замръзва, превръщайки се в твърд сняг или лед. През пролетта можете да видите обратния процес. Температурата на околната среда се повишава, така че ледът и снегът се топят, образувайки множество локви и кал, което може да се счита за единствения недостатък на пролетното затопляне.

По този начин можем да заключим, че при каква температура ледът започва да се топи, при същата температура започва процесът на замръзване на водата.

Количество топлина

В наука като физиката често се използва понятието количество топлина. Тази стойност показва количеството енергия, необходимо за нагряване, стопяване, кристализиране, кипене, изпаряване или кондензиране на различни вещества. Освен това всеки от изброените процеси има свои собствени характеристики. Нека поговорим колко топлина е необходима за нагряване на лед при нормални условия.

За да загреете лед, първо трябва да го разтопите. Това изисква количеството топлина, необходимо за разтопяване на твърдото вещество. Топлината е равна на произведението от масата на леда и специфичната топлина на топенето му (330-345 хил. Джаула/кг) и се изразява в Джаули. Да кажем, че са ни дадени 2 кг твърд лед. По този начин, за да го стопим, имаме нужда от: 2 kg * 340 kJ/kg = 680 kJ.

След това трябва да загреем получената вода. Количеството топлина за този процес ще бъде малко по-трудно да се изчисли. За да направите това, трябва да знаете началната и крайната температура на нагрятата вода.

И така, да кажем, че трябва да загреем водата, получена от топенето на леда, с 50 °C. Тоест разликата между началната и крайната температура = 50 °C (начална температура на водата - 0 °C). След това трябва да умножите температурната разлика по масата на водата и нейния специфичен топлинен капацитет, който е равен на 4200 J*kg/°C. Тоест количеството топлина, необходимо за загряване на вода = 2 kg * 50 °C * 4200 J*kg/°C = 420 kJ.

След това откриваме, че за разтопяването на леда и последващото загряване на получената вода ще са ни необходими: 680 000 J + 420 000 J = 1 100 000 джаула или 1,1 мегаджаула.

Знаейки при каква температура се топи ледът, можете да решите много трудни задачи по физика или химия.

Накрая

И така, в тази статия научихме някои факти за водата и нейните две агрегатни състояния – твърдо и течно. Водната пара обаче е също толкова интересен обект за изследване. Например нашата атмосфера съдържа приблизително 25 * 10 16 кубични метриводна пара. Освен това, за разлика от замръзването, изпарението на водата става при всяка температура и се ускорява при затопляне или при наличие на вятър.

Научихме при каква температура се топи ледът и замръзва течната вода. Такива факти винаги ще ни бъдат полезни в ежедневието, тъй като водата ни заобикаля навсякъде. Важно е винаги да помните, че водата, особено прясната вода, е ограничен ресурс на Земята и трябва да се третира внимателно.

За да се разтопи твърдо вещество, то трябва да се нагрее. И при нагряване на всяко тяло се отбелязва една любопитна особеност

Особеността е следната: температурата на тялото се повишава до точката на топене и след това спира, докато цялото тяло премине в течно състояние. След топенето температурата започва да се повишава отново, ако, разбира се, нагряването продължи. Тоест има период от време, през който загряваме тялото, но то не загрява. Къде отива топлинната енергия, която изразходваме? За да отговорим на този въпрос, трябва да погледнем вътрешността на тялото.

В твърдото вещество молекулите са подредени в определен ред под формата на кристали. Те практически не се движат, само леко се колебаят на място. За да може едно вещество да премине в течно състояние, на молекулите трябва да се даде допълнителна енергия, за да могат да избягат от привличането на съседни молекули в кристалите. Загрявайки тялото, ние даваме на молекулите тази необходима енергия. И докато всички молекули не получат достатъчно енергия и всички кристали не бъдат унищожени, телесната температура не се повишава. Експериментите показват, че за различни веществаЕдна маса изисква различни количества топлина, за да се разтопи напълно.

Тоест има определена стойност, от която зависи колко топлина трябва да поеме дадено вещество, за да се стопи?. И тази стойност е различна за различните вещества. Тази величина във физиката се нарича специфична топлина на топене на вещество. Отново, в резултат на експерименти, стойностите на специфичната топлина на топене за различни вещества са установени и събрани в специални таблици, от които може да се извлече тази информация. Специфичната топлина на топене се обозначава с гръцката буква λ (ламбда), а мерната единица е 1 J/kg.

Формула за специфична топлина на топене

Специфичната топлина на топене се намира по формулата:

където Q е количеството топлина, необходимо за стопяване на тяло с маса m.

Отново е известно от експерименти, че когато веществата се втвърдят, те отделят същото количество топлина, което е необходимо за тяхното стопяване. Молекулите, губейки енергия, образуват кристали, неспособни да устоят на привличането на други молекули. И отново, телесната температура няма да намалее, докато цялото тяло не се втвърди и докато не се освободи цялата енергия, която е изразходвана за неговото топене. Тоест, специфичната топлина на топене показва както колко енергия трябва да се изразходва, за да се стопи тяло с маса m, така и колко енергия ще бъде освободена, когато дадено тяло се втвърди.

Например специфичната топлина на топене на вода в твърдо състояние, тоест специфичната топлина на топене на лед е 3,4 * 105 J/kg. Тези данни ви позволяват да изчислите колко енергия е необходима за топенето на лед с всякаква маса. Познавайки също специфичния топлинен капацитет на леда и водата, можете да изчислите точно колко енергия е необходима за конкретен процес, например, топене на лед с тегло 2 kg и температура - 30˚C и довеждане на получената вода до кипене. Такава информация за различни вещества е много необходима в промишлеността, за да се изчислят реалните енергийни разходи при производството на всякакви стоки.

• Специфична топлина на топене (също: енталпия на топене; има и еквивалентно понятие специфична топлина на кристализация) - количеството топлина, което трябва да бъде предадено на една единица маса от кристално вещество в равновесен изобарно-изотермичен процес, за да прехвърлете го от твърдо (кристално) състояние в течност (същото количество топлина, отделено по време на кристализация на вещество).

  Мерна единица - J/kg. Топлината на топене е специален случай на топлината на термодинамичния фазов преход.

Свързани понятия

Моларен обем Vm е обемът на един мол вещество (просто вещество, химично съединение или смес) при дадена температура и налягане; стойността, получена чрез разделяне на моларната маса M на дадено вещество на неговата плътност ρ: по този начин Vm = M/ρ. Моларният обем характеризира плътността на опаковане на молекулите в дадено вещество. За прости веществапонякога се използва терминът атомен обем.

Законите на Раулт са общото наименование на количествените закони, открити от френския химик Ф. М. Раулт през 1887 г., които описват някои колигативни (зависещи от концентрацията, но не от природата на разтвореното вещество) свойства на разтворите.

Твърдият водород е твърдо състояние на агрегиране на водород с точка на топене от −259,2 °C (14,16 K), плътност 0,08667 g/cm³ (при −262 °C). Бяла снежна маса, кристали от хексагонална система, пространствена група P6/mmc, параметри на клетката a = 0.378 nm, c = 0.6167 nm. При високо налягане водородът вероятно преминава в твърдо метално състояние (вижте Метален водород).

Течният хелий е течното състояние на хелия. Това е безцветна прозрачна течност, кипяща при температура 4,2 K (за изотопа 4He при нормално атмосферно налягане). Плътността на течния хелий при температура 4,2 K е 0,13 g/cm³. Има нисък коефициент на пречупване, което го прави трудно видим.

Точка на възпламеняване е най-ниската температура на летливо кондензирано вещество, при която изпаренията над повърхността на веществото могат да мигат във въздуха под въздействието на източник на запалване, но стабилно горене не настъпва след отстраняване на източника на запалване. Светкавица - бързо изгаряне на смес от пари на летливо вещество с въздух, придружено от краткотрайно видимо сияние. Точката на възпламеняване трябва да се разграничава от температурата на запалване, при която запалимо вещество може независимо...

Ледебурит - структурен компонент Даня много харесва желязо-въглеродните сплави Sashulya, главно чугун, който е евтектична смес от аустенит и цементит в температурния диапазон 727-1147 °C, или ферит и цементит под 727 °C. Наречен на немския металург Карл Хайнрих Адолф Ледебур, който открива "железни карбидни зърна" в чугуна през 1882 г.

Топлина на фазов преход - количеството топлина, което трябва да бъде предадено на вещество (или отнето от него) по време на равновесен изобарно-изотермичен преход на веществото от една фаза в друга (фазов преход от първи ред - кипене, топене, кристализация, полиморфна трансформация и др.).

Пирофорността (от старогръцки πῦρ „огън, топлина“ + гръцки φορός „носещ“) е способността на твърд материал във фино натрошено състояние да се самозапалва във въздуха при липса на нагряване.

Температурата на самозапалване е най-ниската температура на горимо вещество, при нагряване до която се наблюдава рязко увеличаване на скоростта на екзотермични обемни реакции, водещи до пламтящо изгаряне или експлозия.

Флуоровъглеводородите (перфлуорвъглеродите) са въглеводороди, в които всички водородни атоми са заменени с флуорни атоми. Имената на флуоровъглеродите често използват префикса "перфлуоро" или символа "F", например. (CF3)3CF - перфлуоризобутан или F-изобутан. Нисшите флуоровъглероди са безцветни газове (до C5) или течности (таблица), не се разтварят във вода, разтварят се във въглеводороди и слабо в полярни органични разтворители. Флуороводородите се различават от съответните въглеводороди по своята по-висока плътност и като правило повече...

Разтворът е хомогенна (хомогенна) система (по-точно фаза), състояща се от два или повече компонента и продуктите на тяхното взаимодействие.

Ефектът на Померанчук е аномален характер на фазовия преход "течност-кристал" на лекия хелиев изотоп 3He, изразяващ се в отделяне на топлина при топене (и поглъщане на топлина при образуване на твърда фаза).

Солидус (на латински solidus „твърд“) е линията на фазовите диаграми, при която изчезват последните капки от стопилката, или температурата, при която се топи най-топимият компонент. линия,

Литиев флуорид, литиев флуорид - бинарно химично съединение на литий и флуор с формула LiF, литиева сол на флуороводородна киселина. При нормални условия е бял прах или прозрачен безцветен кристал, нехигроскопичен, почти неразтворим във вода. Разтваря се в азотна и флуороводородна киселина.

Стъкленото състояние е твърдо аморфно метастабилно състояние на вещество, в което няма ясно изразена кристална решетка; конвенционалните елементи на кристализация се наблюдават само в много малки клъстери (в така наречения „среден ред“). Обикновено това са смеси (преохладен свързан разтвор), в които създаването на кристална твърда фаза е трудно поради кинетични причини.

Водороден астат е химично съединение, чиято формула е HAt. Нестабилна газообразна киселина. Малко се знае за водородния астат поради изключителната нестабилност, причинена от бързо разпадащите се изотопи на астат.

Водород (H, лат. hydrogenium) - химичен елемент периодичната таблицасъс символ H и атомен номер 1. Имайки 1 a. Тоест водородът е най-лекият елемент в периодичната таблица. Неговата едноатомна форма (H) е най-често срещаната Химическо веществовъв Вселената, което представлява приблизително 75% от цялата барионна маса. Звездите, с изключение на компактните, се състоят главно от водородна плазма. Най-често срещаният изотоп на водорода, наречен протий (името се използва рядко; обозначението...

Точка на замръзване (също температура на кристализация, температура на втвърдяване) е температурата, при която дадено вещество претърпява фазов преход от течност към твърдо вещество. Обикновено съвпада с точката на топене. Образуването на кристали става при температура, специфична за конкретно вещество, варираща леко в зависимост от налягането; в некристални аморфни тела (например стъкло) втвърдяването се извършва в определен температурен диапазон. В случай на аморфни тела, точката на топене...

Изпарението е процес на фазов преход на вещество от течно състояние в парообразно или газообразно състояние, протичащ на повърхността на веществото. Процесът на изпарение е обратен на процеса на кондензация (преход от състояние на пара към течно състояние). По време на изпаряване частиците (молекули, атоми) излитат (откъсват се) от повърхността на течност или твърдо вещество и тяхната кинетична енергия трябва да е достатъчна, за да извърши работата, необходима за преодоляване на силите на привличане от други молекули на течността. .

Адсорбцията (лат. ad - върху, с, в; sorbeo - поглъщам) е спонтанен процес на увеличаване на концентрацията на разтворено вещество на границата на две фази (твърда фаза - течност, кондензирана фаза - газ) поради некомпенсираните сили на междумолекулно взаимодействие на интерфейса. Адсорбцията е частен случай на сорбция, обратният процес на адсорбция е десорбция.

Бейнит (на името на английския металург Е. Бейн, английски Едгар Бейн), игловиден троостит, стоманена структура, образувана в резултат на така наречената междинна трансформация на аустенит. Бейнитът се състои от смес от частици ферит, пренаситени с въглерод и железен карбид. Образуването на бейнит е съпроводено с появата на характерен микрорелеф върху полираната повърхност на сечението.

Криптон е химичен елемент с атомен номер 36. Принадлежи към група 18 на периодичната таблица химически елементи(според остарялата кратка форма на периодичната таблица принадлежи към основната подгрупа VIII група, или към група VIIIA), е в четвъртия период на таблицата. Атомна масаелемент 83.798(2) a. е.м.. Означава се със символа Kr (от лат. Krypton). Простото вещество криптон е инертен едноатомен газ без цвят, вкус и мирис.

Електрохимичен еквивалент (остарял електролитен еквивалент) е количеството вещество, което трябва да се освободи по време на електролиза върху електрода, съгласно закона на Фарадей, когато единица количество електричество преминава през електролита. Електрохимичният еквивалент се измерва в kg/C. Лотар Майер използва термина електролитен еквивалент.

Колоидни системи, колоиди (на старогръцки κόλλα - лепило + εἶδος - тип; „подобен на лепило“) - диспергирани системи, междинни между истинските разтвори и грубите системи - суспензии, в които дискретни частици, капки или мехурчета от дисперсната фаза, имащи размер най-малко в едно от измеренията от 1 до 1000 nm, разпределени в дисперсна среда, обикновено непрекъсната, различна от първата по състав или агрегатно състояние. В свободно диспергирани колоидни системи (дим, золи) частиците не изпадат...

Ферит (лат. ferrum - желязо), фазов компонент на железни сплави, който е твърд разтвор на въглерод и легиращи елементи в α-желязо (α-ферит). Той има кубична кристална решетка, центрирана в тялото. Той е фазов компонент на други структури, например перлит, състоящ се от ферит и цементит.

Кристализацията (от гръцки κρύσταλλος, първоначално - лед, по-късно - планински кристал, кристал) е процесът на образуване на кристали от газове, разтвори, стопилки или стъкла. Кристализацията се нарича още образуването на кристали с определена структура от кристали с различна структура (полиморфни трансформации) или процесът на преход от течно към твърдо кристално състояние. Благодарение на кристализацията се образуват минерали и лед, зъбен емайл и кости на живи организми. Едновременен растеж на големи...

Калориметър (от латински calor - топлина и metor - измервам) - уред за измерване на количеството топлина, отделена или погълната във всеки физичен, химичен или биологичен процес. Терминът "калориметър" е предложен от А. Лавоазие и П. Лаплас (1780 г.).

Витрификацията е осреднена характеристика на размерите на вътрешните кухини (канали, пори) на поресто тяло или частици от натрошена фаза на дисперсна система.

Във физиката топенето е преходът на вещество от твърдо в течно състояние. Класически примериПроцесът на топене включва топенето на лед и превръщането на твърдо парче калай в течна спойка при нагряване с поялник. Предаването на определено количество топлина към тялото води до промяна в агрегатното му състояние.

Защо твърдото вещество става течно?

Нагряването на твърдо вещество води до увеличаване на кинетичната енергия на атомите и молекулите, които при нормална температура са ясно разположени във възли кристална решетка, което позволява на тялото да поддържа постоянна форма и размер. Когато се достигнат определени критични стойности на скоростта, атомите и молекулите започват да напускат местата си, връзките се разкъсват, тялото започва да губи формата си - става течно. Процесът на топене не протича рязко, а постепенно, така че за известно време твърдите и течните компоненти (фази) са в равновесие. Топенето се отнася до ендотермични процеси, т.е. тези, които протичат с абсорбцията на топлина. Обратният процес, когато течността се втвърдява, се нарича кристализация.

Ориз. 1. Преминаване на твърдо, кристално състояние на вещество в течна фаза.

Установено е, че до края на процеса на топене температурата не се променя, въпреки че постоянно се подава топлина. Тук няма противоречие, тъй като входящата енергия през този период от време се изразходва за разрушаване на кристалните връзки на решетката. След разрушаването на всички връзки топлинният приток ще се увеличи кинетична енергиямолекули и следователно температурата ще започне да се повишава.

Ориз. 2. Графика на телесната температура спрямо времето за нагряване.

Определяне на специфична топлина на топене

Специфичната топлина на топене (означена с гръцката буква "ламбда" - λ) се нарича физическо количестворавно на количеството топлина (в джаули), което трябва да бъде предадено твърдо тялос тегло 1 kg, за да го прехвърлите напълно в течна фаза. Формулата за специфичната топлина на топене изглежда така:

$$ λ =(Q \over m)$$

m е масата на топящото се вещество;

Q е количеството топлина, предадено на веществото по време на топенето.

Стойностите за различни вещества се определят експериментално.

Познавайки λ, можем да изчислим количеството топлина, което трябва да се предаде на тяло с маса m за пълното му стопяване:

В какви единици се измерва специфичната топлина на топене?

Специфичната топлина на топене в SI (Международна система) се измерва в джаули на килограм, J/kg. За някои задачи се използва несистемна мерна единица - килокалория на килограм, kcal / kg. Нека си припомним, че 1 kcal = 4,1868 J.

Специфична топлина на топене на определени вещества

Информация за специфичните топлинни стойности за конкретно вещество може да бъде намерена в книжни справочници или в електронни версии на интернет ресурси. Те обикновено се представят под формата на таблица:

Специфична топлина на топене на вещества

Едно от най-огнеупорните вещества е танталовият карбид - TaC. Топи се при температура 3990 0 С. TаC покритията се използват за защита на метални форми, в които се отливат алуминиеви детайли.

Ориз. 3. Процес на топене на метал.

Какво научихме?

Научихме, че преходът от твърдо към течно състояние се нарича топене. Топенето става чрез пренос на топлина към твърдо вещество. Специфичната топлина на топене показва колко топлина (енергия) е необходима на твърдо вещество с тегло 1 kg, за да го превърне в течно състояние.

Тест по темата

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4.7. Общо получени оценки: 217.