물질의 비융합열을 구하는 방법. 열량

우리는 따뜻한 방으로 가져온 얼음과 물이 담긴 그릇이 모든 얼음이 녹을 때까지 가열되지 않는 것을 보았습니다. 동시에 같은 온도의 얼음에서 물을 얻습니다. 이 때 얼음-물 혼합물로 열이 흐르고 결과적으로 이 혼합물의 내부 에너지가 증가합니다. 이것으로부터 우리는 에서 물의 내부 에너지가 같은 온도에서 얼음의 내부 에너지보다 크다는 결론을 내려야 합니다. 분자, 물, 얼음의 운동 에너지는 같으므로 녹는 동안 내부 에너지의 증가는 분자의 위치 에너지의 증가입니다.

경험은 말한 것이 모든 수정에 대해 사실임을 보여줍니다. 결정이 녹을 때 시스템의 내부 에너지를 지속적으로 증가시켜야 하며 결정과 용융물의 온도는 변하지 않습니다. 일반적으로 결정에 일정량의 열이 전달되면 내부 에너지의 증가가 발생합니다. 예를 들어 마찰과 같은 작업을 수행하여 동일한 목표를 달성할 수 있습니다. 따라서 용융물의 내부 에너지는 항상 동일한 온도에서 동일한 질량의 결정의 내부 에너지보다 큽니다. 이것은 입자의 정렬된 배열(결정 상태에서)이 무질서한 배열(용융물에서)보다 낮은 에너지에 해당한다는 것을 의미합니다.

결정의 단위 질량을 같은 온도의 용융물로 옮기는 데 필요한 열량을 결정의 비융해열이라고 합니다. 킬로그램당 줄로 표시됩니다.

물질이 응고되면 융해열이 방출되어 주변 물체로 전달됩니다.

내화체(융점이 높은 물체)의 비융해열을 결정하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 얼음과 같은 저융점 결정의 비융해열은 열량계를 사용하여 결정할 수 있습니다. 열량계에 특정 온도의 일정량의 물을 붓고 이미 녹기 시작한 알려진 덩어리의 얼음을 던진 후, 즉 온도가 있으면 모든 얼음이 녹을 때까지 기다립니다. 열량계의 물은 일정한 값을 취합니다. 에너지 보존 법칙을 사용하여 얼음이 녹는 비열을 결정할 수 있는 열 균형 방정식(§ 209)을 작성할 것입니다.

물의 질량(열량계에 해당하는 물을 포함한다)을 얼음의 질량 - , 물의 비열용량 - , 초기 수온 - , 최종 - , 얼음이 녹는 비열 - . 열 균형 방정식은 다음과 같은 형식을 갖습니다.

테이블에서. 16은 일부 물질의 비융해열 값을 보여줍니다. 주목할만한 것은 녹는 얼음의 높은 열입니다. 이 상황은 자연에서 얼음이 녹는 속도를 늦추기 때문에 매우 중요합니다. 비융합열이 훨씬 낮으면 봄철 홍수는 몇 배나 더 강할 것입니다. 비융합열을 알면 물체를 녹이는 데 필요한 열량을 계산할 수 있습니다. 몸이 이미 녹는점까지 가열되어 있으면 몸을 녹일 때만 열을 가해야 합니다. 온도가 녹는점보다 낮으면 가열에 열을 소비해야 합니다.

표 16

물질		물질

물은 고체, 액체 및 기체의 세 가지 응집 상태로 자연에서 발견될 수 있다는 것을 모두 알고 있습니다. 녹는 동안 단단한 얼음은 액체로 변하고 더 가열하면 액체가 증발하여 수증기를 형성합니다. 물의 용융, 결정화, 증발 및 응축 조건은 무엇입니까? 얼음이 녹거나 증기가 형성되는 온도는 몇 도입니까? 이 기사에서 이에 대해 이야기하겠습니다.

일상 생활에서 수증기와 얼음이 드물다는 것은 아닙니다. 그러나 가장 일반적인 것은 액체 상태인 일반 물입니다. 전문가들은 우리 행성의 물이 10억 입방 킬로미터 이상이라는 것을 발견했습니다. 그러나 담수체에 속하는 물은 300만km3를 넘지 않습니다. 상당히 많은 양의 담수가 빙하(약 3천만 입방 킬로미터)에 "정지"되어 있습니다. 그러나 이러한 거대한 블록의 얼음을 녹이는 것은 결코 쉬운 일이 아닙니다. 나머지 물은 염수이며 바다에 속합니다.

물은 대부분의 일상적인 절차 중에 현대인을 도처에 둘러싸고 있습니다. 많은 사람들은 수자원이 고갈되지 않으며 인류는 항상 지구의 수권 자원을 사용할 수 있다고 믿습니다. 그러나 이것은 사실이 아닙니다. 우리 행성의 수자원은 점차 고갈되어 몇 백 년 안에 지구에 담수가 전혀 남아 있지 않을 수도 있습니다. 따라서 절대적으로 모든 사람은 담수를 돌보고 저장해야합니다. 결국, 우리 시대에도 물 공급이 치명적으로 작은 상태가 있습니다.

물 속성

얼음의 녹는 온도에 대해 이야기하기 전에 이 독특한 액체의 주요 특성을 고려해 볼 가치가 있습니다.

따라서 물에는 다음과 같은 속성이 있습니다.

색상 부족.
냄새가 부족합니다.
맛이 부족합니다(단, 고품질의 음용수는 맛이 좋습니다).
투명도.
유동성.
다양한 물질(예: 염, 알칼리 등)을 용해하는 능력.
물은 영구적인 모양이 없으며 물이 들어가는 그릇의 모양을 취할 수 있습니다.
여과에 의해 정화되는 능력.
물은 가열되면 팽창하고 냉각되면 수축합니다.
물은 증발하여 증기가 되고 얼어붙어 결정체 얼음이 될 수 있습니다.

이 목록은 물의 주요 특성을 나타냅니다. 이제이 물질의 고체 응집 상태의 특징과 얼음이 녹는 온도를 알아 보겠습니다.

얼음은 다소 불안정한 구조를 가진 고체 결정질 물질입니다. 그것은 물과 같이 투명하고 무색이며 무취입니다. 얼음은 또한 취성 및 미끄러움과 같은 특성을 가지고 있습니다. 만지면 차갑습니다.

눈도 얼어붙은 물이지만 구조가 느슨하고 흰색입니다. 세계 대부분의 국가에서 매년 눈이 내립니다.

눈과 얼음은 모두 매우 불안정한 물질입니다. 얼음을 녹이는 데는 많은 노력이 필요하지 않습니다. 언제 녹기 시작합니까?

자연에서 단단한 얼음은 0 °C 이하의 온도에서만 존재합니다. 주변 온도가 상승하여 0 °C 이상이 되면 얼음이 녹기 시작합니다.

얼음의 녹는 온도, 0 ° C에서 액체 물의 동결 또는 결정화와 같은 다른 과정이 발생합니다.

이 과정은 온대 대륙성 기후의 모든 주민들이 관찰할 수 있습니다. 겨울에는 외부 온도가 0 °C 이하로 떨어지면 종종 눈이 내리고 녹지 않습니다. 그리고 거리에 있던 액체 상태의 물이 얼어서 단단한 눈이나 얼음으로 변합니다. 봄에는 그 반대의 과정을 볼 수 있습니다. 주변 온도가 상승하여 얼음과 눈이 녹아 수많은 웅덩이와 진흙이 형성되어 봄철 온난화의 유일한 단점이라고 할 수 있습니다.

따라서 얼음이 녹기 시작하는 온도와 같은 온도에서 물이 얼는 과정이 시작된다는 결론을 내릴 수 있습니다.

열량

물리학과 같은 과학에서는 열량의 개념이 자주 사용됩니다. 이 값은 다양한 물질의 가열, 용융, 결정화, 비등, 증발 또는 응축에 필요한 에너지의 양을 나타냅니다. 또한 이러한 각 프로세스에는 고유 한 특성이 있습니다. 정상적인 조건에서 얼음을 가열하는 데 필요한 열량에 대해 이야기해 보겠습니다.

얼음을 데우려면 먼저 녹여야 합니다. 이를 위해서는 고체를 녹이는 데 필요한 열량이 필요합니다. 열은 얼음의 질량과 녹는 비열(330-345천 줄/kg)의 곱과 같으며 줄로 표시됩니다. 단단한 얼음 2kg이 주어졌다고 가정하자. 따라서 그것을 녹이기 위해서는 2kg * 340kJ / kg = 680kJ가 필요합니다.

그 후에 우리는 결과 물을 가열해야합니다. 이 과정의 열량은 계산하기가 조금 더 어려울 것입니다. 이렇게 하려면 가열된 물의 초기 및 최종 온도를 알아야 합니다.

따라서 얼음이 녹은 물을 50 ° C까지 가열해야한다고 가정 해 봅시다. 즉, 초기 온도와 최종 온도의 차이 = 50°C(초기 수온 - 0°C)입니다. 그런 다음 온도 차이에 물의 질량과 비열 용량을 곱해야 합니다. 이는 4,200J * kg / ° C와 같습니다. 즉, 물을 가열하는 데 필요한 열량 = 2kg * 50°C * 4,200J*kg/°C = 420kJ입니다.

그런 다음 얼음이 녹고 생성된 물이 가열되기 위해서는 680,000J + 420,000J = 1,100,000줄 또는 1.1메가줄이 필요합니다.

얼음이 녹는 온도를 알면 물리학이나 화학의 많은 어려운 문제를 해결할 수 있습니다.

마침내

그래서 이 기사에서 우리는 물과 고체와 액체의 두 가지 응집 상태에 대한 몇 가지 사실을 배웠습니다. 그러나 수증기는 똑같이 흥미로운 연구 대상입니다. 예를 들어, 우리의 대기에는 약 25*10 16 입방미터의 수증기가 포함되어 있습니다. 또한 물의 증발은 동결과 달리 어떤 온도에서도 발생하며 가열되거나 바람이 있을 때 가속화됩니다.

우리는 얼음이 녹고 액체 상태의 물이 얼는 온도를 배웠습니다. 물은 모든 곳에서 우리를 둘러싸고 있기 때문에 이러한 사실은 일상 생활에서 항상 유용할 것입니다. 물, 특히 민물은 지구의 고갈되는 자원이며 주의해서 다루어야 한다는 것을 항상 기억하는 것이 중요합니다.

고체 상태의 물질을 녹이기 위해서는 가열이 필요합니다. 그리고 어떤 몸이 뜨거워지면 한 가지 흥미로운 특징이 주목됩니다.

특이점은 몸의 온도가 녹는점까지 상승한 다음 몸 전체가 액체 상태가 될 때까지 멈춘다는 것입니다. 용융 후, 물론 가열이 계속되면 온도가 다시 상승하기 시작합니다. 즉, 우리가 몸을 데우지만 데워지지 않는 시간이 있습니다. 우리가 사용하는 열에너지는 어디로 가나요? 이 질문에 답하기 위해서는 몸 안을 들여다보아야 합니다.

고체에서 분자는 결정 형태로 일정한 순서로 배열됩니다. 그들은 실제로 움직이지 않고 제자리에서 약간만 진동합니다. 물질이 액체 상태로 이동하려면 분자에 추가 에너지가 주어져야 결정에 있는 이웃 분자의 인력에서 벗어날 수 있습니다. 몸을 가열함으로써 우리는 분자에 필요한 에너지를 제공합니다. 그리고 모든 분자가 충분한 에너지를 받고 모든 결정이 파괴될 때까지 체온은 오르지 않습니다. 실험에 따르면 같은 질량의 다른 물질이 완전히 녹기 위해서는 다른 양의 열이 필요합니다.

즉, 의존하는 특정 값이 있습니다. 녹기 위해 물질이 흡수해야 하는 열량. 그리고 이 값은 물질마다 다릅니다. 물리학에서 이 값을 물질의 비융합열이라고 합니다. 다시 말하지만, 실험 결과 다양한 물질에 대한 비융합 열 값이 설정되고 이 정보를 얻을 수 있는 특수 테이블에 수집되었습니다. 비 융해열은 그리스 문자 λ(람다)로 표시되며 측정 단위는 1J/kg입니다.

비 융해열 공식

비 융해열은 다음 공식으로 구할 수 있습니다.

여기서 Q는 질량 m인 물체를 녹이는 데 필요한 열량입니다.

다시 말하지만, 고체화 동안 물질은 용융에 소비되는 것과 동일한 양의 열을 방출한다는 것이 실험을 통해 알려져 있습니다. 에너지를 잃는 분자는 결정을 형성하여 다른 분자의 인력에 저항할 수 없습니다. 그리고 다시, 몸 전체가 굳어지는 순간까지, 몸을 녹이기 위해 소비한 에너지가 모두 방출될 때까지 몸의 온도는 떨어지지 않을 것이다. 즉, 비융합열은 질량이 m인 물체를 녹이는 데 필요한 에너지의 양과 응고 과정에서 방출되는 에너지의 양을 나타냅니다.

예를 들어, 고체 상태의 물의 비융합열, 즉 얼음의 비융합열은 3.4 * 105 J/kg이다. 이 데이터를 통해 질량에 관계없이 얼음을 녹이는 데 필요한 에너지 양을 계산할 수 있습니다. 얼음과 물의 비열 용량도 알면 특정 공정에 얼마나 많은 에너지가 필요한지 정확히 계산할 수 있습니다. 예를 들어 질량이 2kg이고 온도가 -30°C인 얼음을 녹이고 결과적으로 물이 끓습니다. 다양한 물질에 대한 이러한 정보는 산업에서 모든 제품 생산의 실제 에너지 소비를 계산하는 데 매우 필요합니다.

비 융해열(또는: 융해 엔탈피; 결정화 비열의 동일한 개념도 있음) - 평형 등압-등온 과정에서 결정질 물질의 1질량 단위에 전달되어야 하는 열의 양 고체(결정체) 상태에서 액체(물질의 결정화 동안 방출되는 열의 양과 동일)로 옮기는 것.
측정 단위 - J/kg. 융해열은 열역학적 상전이 열의 특별한 경우입니다.

고체가 액체가 되는 이유는?

고체를 가열하면 원자와 분자의 운동 에너지가 증가하며 상온에서 결정 격자의 노드에 명확하게 위치하여 몸체가 일정한 모양과 크기를 유지할 수 있습니다. 특정 임계 속도에 도달하면 원자와 분자가 제자리를 떠나기 시작하고 결합이 끊어지고 신체가 모양을 잃기 시작하여 액체가 됩니다. 용융 과정은 갑자기 발생하지 않고 점진적으로 발생하여 일정 시간 동안 고체 및 액체 성분(상)이 평형 상태를 유지합니다. 용융은 흡열 과정, 즉 열을 흡수하여 발생하는 과정을 나타냅니다. 액체가 응고되는 반대 과정을 결정화라고 합니다.

쌀. 1. 고체, 결정, 물질 상태가 액체 상태로 전이.

항시 열이 공급되어도 용융과정이 끝날 때까지 온도는 변하지 않음을 알 수 있었다. 이 기간 동안 들어오는 에너지가 격자의 결정 결합을 깨는 데 소비되기 때문에 여기에는 모순이 없습니다. 모든 결합이 파괴된 후 열의 유입은 분자의 운동 에너지를 증가시키고 결과적으로 온도가 상승하기 시작합니다.

쌀. 2. 체온 대 가열 시간의 그래프.

비융해열 측정

비융해열(그리스 문자 "람다"-λ로 표시)은 열을 완전히 전달하기 위해 1kg 무게의 고체에 전달되어야 하는 열의 양(줄 단위)과 동일한 물리량입니다. 액상. 비융해열의 공식은 다음과 같습니다.

$$ λ =(Q \m 이상)$$

m은 녹는 물질의 질량입니다.

Q는 녹는 동안 물질에 전달되는 열의 양입니다.

다른 물질에 대한 값은 실험적으로 결정됩니다.

λ를 알면 질량이 m인 물체가 완전히 녹기 위해 전달되어야 하는 열의 양을 계산할 수 있습니다.

비융해열은 어떤 단위로 측정됩니까?

SI(국제 시스템)의 비융해열은 킬로그램당 줄(J/kg)로 측정됩니다. 일부 작업의 경우 오프 시스템 측정 단위(킬로그램당 킬로칼로리, kcal/kg)가 사용됩니다. 1 kcal = 4.1868 J를 기억하십시오.

일부 물질의 비융해열

특정 물질에 대한 비열 값에 대한 정보는 참고 문헌 또는 인터넷 리소스의 전자 버전에서 찾을 수 있습니다. 일반적으로 테이블 형식으로 제공됩니다.

물질의 비융해열

가장 내화 물질 중 하나는 탄탈륨 탄화물 - TaC입니다. 3990 0 C의 온도에서 녹습니다. TaC 코팅은 알루미늄 부품이 주조되는 금형을 보호하는 데 사용됩니다.

쌀. 3. 금속 용해 공정.

우리는 무엇을 배웠습니까?

우리는 고체에서 액체로의 전이를 용융이라고 한다는 것을 배웠습니다. 용융은 고체에 열을 전달하여 발생합니다. 비융해열은 무게가 1kg인 고체 물질이 액체 상태로 전환되는 데 필요한 열(에너지)의 양을 나타냅니다.

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