Процессы кристаллизации и плавления описывают одни и те же физические величины. Разница в том, что при плавлении телу требуется энергия для разрушения решетки, а при кристаллизации, наоборот, тело отдает энергию окружающей среде.
Понятие удельной теплоты кристаллизации
Под удельной теплотой кристаллизации (плавления) понимают количество энергии, высвобождаемой (потребляемой) 1 кг. вещества при переходе от жидкого состояния в твердое (и наоборот). Важно отметить, что в процессе кристаллизации (плавления) температура вещества не меняется и она уже доведена до величины, при которой возможен сам процесса.
Измеряется удельная теплота кристаллизации (плавления) в Дж/кг., обозначается буквой греческого алфавита λ. По определению:
где Q – это количество энергии, высвобождаемой (потребляемой) m килограммами вещества.
Расчет энергии при последовательных тепловых процессах
Рассмотрим процесс охлаждения m килограмм воды от температуры, например, +20°С до -10°С. Здесь мы имеем дело с тремя тепловыми процессами:
- охлаждение воды от температуры +20°С до 0°С, ∆T1 = - 20°;
- кристаллизация воды в лед при температуре 0°С;
- охлаждение льда от температуры 0°С до -10°С, ∆T2 = - 10°;
Количество высвобождаемой энергии Q равно сумме энергий в каждом из этих процессов:
Q = Q1 + Q2 + Q3;
Q1 = C1 * m * ∆T1;
Q3 = C2 * m * ∆T2;
где С1 и С2 – удельная теплоемкость воды и льда, соответственно. Знак «-» при Q2 означает, что идет процесс высвобождения энергии при кристаллизации.
Количество теплоты, к-рое необходимо сообщить в-ву в равновесном изобарно-изотермич. процессе, чтобы перевести его из тв. (крист.) в жидкое (то же кол-во теплоты выделяется при кристаллизации в-ва). Т. п.- частный случай теплоты фазового перехода.
Различают уд. Т. п. (измеряется в Дж/кг, ккал/кг) и мольную (молярную) Т. п. (Дж/моль). В табл. приведены значения уд. Т. п. Lпл при атм. давлении 760 мм рт. ст. (или 101 325 Па) и темп-ре плавления Тпл.
Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . . 1983 .
Кол-во теплоты, к-рое необходимо сообщить веществу в равновесном изобарно-изотермич. процессе, чтобы полностью перевести его из твёрдого кристаллич. состояния в жидкое. Т. п. равна кол-ву теплоты, выделяющемуся при кристаллизации вещества из жидкой фазы. Т. L пл для нек-рых веществ при нормальном давлении (1013,25 гПа) и темп-ре плавления Т
пл.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .
Смотреть что такое "ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ" в других словарях:
Количество теплоты, которое необходимо сообщить твёрдому кристаллическому веществу при постоянном давлении, чтобы полностью перевести его в жидкое состояние. Теплота плавления единицы массы вещества называется удельной теплотой плавления. * * *… … Энциклопедический словарь
Количество теплоты, которое необходимо cообщить твердому кристаллическому веществу при постоянном давлении, чтобы полностью перевести его в жидкое состояние. Теплоту плавления единицы массы вещества называют удельной теплотой плавления … Большой Энциклопедический словарь
теплота плавления - количество теплоты, необходимое веществу в равновесном изобарно изотермическом процессе для перехода из твердого (кристаллического) состояния в жидкое (то же количество теплоты выделяется при кристаллизации вещества). Теплота… … Энциклопедический словарь по металлургии
Количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу в равновесном процессе, чтобы перевести его из твердого (кристаллического) состояния, в жидкое (то же количество теплоты выделяется при кристаллизации вещества). Теплота плавления… … Металлургический словарь
теплота плавления - lydymosi šiluma statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Šilumos kiekis, reikalingas medžiagai išlydyti. atitikmenys: angl. fusion heat; melting heat vok. Schmelzwärme, f rus. теплота плавления, f pranc. chaleur de fusion, f … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
теплота плавления - lydymosi šiluma statusas T sritis chemija apibrėžtis Šilumos kiekis, reikalingas medžiagai išlydyti. atitikmenys: angl. fusion heat; melting heat rus. теплота плавления … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
теплота плавления - lydymosi šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. fusion heat; melting heat vok. Schmelzwärme, f rus. теплота плавления, f pranc. chaleur de fusion, f … Fizikos terminų žodynas
теплота плавления - lydymosi šiluma statusas T sritis Energetika apibrėžtis Šiluma, reikalinga kietai kristalinei medžiagai paversti skysčiu, esant pastoviai lydymosi temperatūrai. Būna savitoji ir molinė lydymosi šiluma. Jų matavimo vienetai – džaulis kilogramui… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
Количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу в равновесном изобарно изотермическом процессе, чтобы перевести его из твёрдого (кристаллического) состояния в жидкое (то же количество теплоты выделяется при кристаллизации… … Большая советская энциклопедия
Кол во теплоты, к рое необходимо сообщить тв. кристаллич. в ву при пост. давлении, чтобы полностью перевести его в жидкое состояние. Т. п. единицы массы в ва наз. удельной Т. п … Естествознание. Энциклопедический словарь
Книги
- Механические свойства жидких металлов. Экстремальные свойства минимальных монокристаллов металлов , О. С. Николаев. Настоящая книга состоит из двух частей. В первой части изложен тепловой способ оценки механических свойств жидких металлов. Он применим для тел, находящихся в любом из трех состояний. Получен…
Плавлением в физике называют переход вещества из твердого состояния в жидкое. Классическими примерами процесса плавления являются таяние льда и превращение твердого куска олова в жидкий припой при нагревании паяльником. Передача телу определенного количества тепла приводит к изменению его агрегатного состояния.
Почему твердое становится жидким?
Нагревание твердого тела приводит к увеличению кинетической энергии атомов и молекул, которые при нормальной температуре находятся четко в узлах кристаллической решетки, что и позволяет телу сохранять постоянные форму и размеры. При достижении некоторых критических значений скоростей атомы и молекулы начинают покидать свои места, происходит разрыв связей, тело начинает терять свою форму — становится жидким. Процесс плавление происходит не резким скачком, а постепенно, так, что некоторое время твердая и жидкая компоненты (фазы) находятся в равновесии. Плавление относится к эндотермическим процессам, то есть к таким которые происходят с поглощением теплоты. Противоположный процесс, когда жидкость затвердевает называется кристаллизацией.
Рис. 1. Переход твердого, кристаллического, состояния вещества в жидкую фазу.
Было обнаружено, что до окончания процесса плавления температура не изменяется, хотя тепло все время поступает. Никакого противоречия здесь нет, так как поступающая энергия в этот период времени уходит на разрыв кристаллических связей решетки. После разрушения всех связей приток тепла будет повышать кинетическую энергию молекул, а следовательно, температура начнет расти.
Рис. 2. График зависимости температуры тела от времени нагрева.
Определение удельной теплоты плавления
Удельной теплотой плавления (обозначение — греческая буква “лямбда” – λ), называется физическая величина равная количеству тепла (в джоулях), которое необходимо передать твердому телу массой 1 кг, чтобы полностью перевести его в жидкую фазу. Формула удельной теплоты плавления выглядит так:
$$ λ ={Q \over m}$$
m — масса плавящегося вещества;
Q — количество тепла, переданное веществу при плавлении.
Значения для разных веществ определяют экспериментально.
Зная λ, можно вычислить количество тепла, которое необходимо сообщить телу массой m для его полного расплавления:
В каких единицах измеряется удельная теплота плавления
Удельная теплота плавления в СИ (Международная система) измеряется в джоулях на килограмм, Дж/кг. Для некоторых задач применяется внесистемная единица измерения - килокалория на килограмм, ккал/кг. Напомним, что 1 ккал = 4,1868 Дж.
Удельная теплота плавления некоторых веществ
Информацию о значениях удельной теплоты для конкретного вещества можно найти в книжных справочниках или в электронных версиях на интернет-ресурсах. Обычно они приводятся в виде таблицы:
Удельная теплота плавления веществ
Одним из самых тугоплавких веществ является карбид тантала — TаC. Он плавится при температуре 3990 0 С. Покрытия из TаC применяют для защиты металлических в форм, в которых отливают детали из алюминия.
Рис. 3. Процесс плавки металла.
Что мы узнали?
Мы узнали, что переход из твердого состояния в жидкое называется плавлением. Плавление происходит с помощью передачи тепла твердому телу. Удельная теплота плавления показывает какое количество тепла (энергии) необходимо твердому веществу массой 1 кг, чтобы перевести его в жидкое состояние.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.7 . Всего получено оценок: 217.
Плотность, теплопроводность и теплоемкость льда в зависимости от температуры
В таблице приведены значения плотности, теплопроводности, удельной теплоемкости льда в зависимости от температуры в интервале от 0 до -100°С.
По данным таблицы видно, что с понижением температуры удельная теплоемкость льда уменьшается, а теплопроводность и плотность льда, напротив, растут. Например, при температуре 0°С плотность льда имеет значение 916,2 кг/м 3 , а при температуре минус 100°С его плотность становится равной 925,7 кг/м 3 .
Значение удельной теплоемкости льда при 0°С составляет 2050 Дж/(кг·град). При снижении температуры льда с -5 до -100°С его удельная теплоемкость снижается в 1,45 раза. Теплоемкость льда в два раза меньше .
Теплопроводность льда при понижении его температуры с 0 до минус 100°С увеличивается с 2,22 до 3,48 Вт/(м·град). Лед более теплопроводен, чем вода — он может проводить в 4 раза больше тепла при одинаковых граничных условиях.
Следует отметить, что плотность льда меньше , однако с понижением температуры плотность льда растет и при приближении к абсолютному нулю температуры плотность льда становится близка к величине плотности воды.
| Температура, °С | Плотность, кг/м 3 | Теплопроводность, Вт/(м·град) | Теплоемкость, Дж/(кг·град) |
|---|---|---|---|
| 0.01 (Вода) | 999,8 | 0,56 | 4212 |
| 0 | 916,2 | 2,22 | 2050 |
| -5 | 917,5 | 2,25 | 2027 |
| -10 | 918,9 | 2,30 | 2000 |
| -15 | 919,4 | 2,34 | 1972 |
| -20 | 919,4 | 2,39 | 1943 |
| -25 | 919,6 | 2,45 | 1913 |
| -30 | 920,0 | 2,50 | 1882 |
| -35 | 920,4 | 2,57 | 1851 |
| -40 | 920,8 | 2,63 | 1818 |
| -50 | 921,6 | 2,76 | 1751 |
| -60 | 922,4 | 2,90 | 1681 |
| -70 | 923,3 | 3,05 | 1609 |
| -80 | 924,1 | 3,19 | 1536 |
| -90 | 924,9 | 3,34 | 1463 |
| -100 | 925,7 | 3,48 | 1389 |
Теплофизические свойства льда и снега
В таблице представлены следующие свойства льда и снега:
- плотность льда, кг/м 3 ;
- теплопроводность льда и снега, ккал/(м·час·град) и Вт/(м·град);
- удельная массовая теплоемкость льда, ккал/(кг·град) и Дж/кг·град);
- коэффициент температуропроводности, м 2 /час и м 2 /сек.
Свойства льда и снега представлены в зависимости от температуры в интервале: для льда от 0 до -120°С; для снега от 0 до -50°С в зависимости от уплотненности (плотности). Температуропроводность льда и снега в таблице приведена с множителем 10 6 . Например, температуропроводность льда при температуре 0°С равна 1,08·10 -6 м 2 /с.
Давление насыщенного пара льда
В таблице приведены значения давления насыщенного пара льда при сублимации (переход льда в пар, миную жидкую фазу) в зависимости от температуры в интервале от 0,01 до -80°С. Из таблицы видно, что с понижением температуры льда давление его насыщенного пара снижается .
Источники:
- Волков. А.И., Жарский. И.М. Большой химический справочник. — М: Советская школа, 2005. — 608 с.
Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче, называется количеством теплоты. Количество теплоты зависит от массы тела, от разности температур тела и от рода вещества.
[Q]=Дж или калориях
1 кал – это количество теплоты, которое необходимо для нагревания 1 г воды на 1 о С.
Удельная теплоемкость – физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1 кг для того, чтобы его температура изменилась на 1 о С.
[C] = Дж/кг о С
Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/кг о С. Это значит, что для нагревания воды массой 1 кг на 1 о С необходимо затратить 4200 Дж теплоты.
Удельная теплоемкость вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях, различна. Так, теплоемкость льда 2100 Дж/кг о С. Удельная теплоемкость воды самая большая. В связи с этим вода в морях и океанах, нагреваясь летом, поглощает большое количество теплоты. Зимой вода остывает и отдает большое количество теплоты. Поэтому в районах, расположенных вблизи водоемов, летом не бывает очень жарко, а зимой очень холодно. Из-за высокой теплоемкости воду широко применяют в технике и быту. Например, в отопительных системах домов, при охлаждении деталей во время их обработки на станках, медицине (грелках) и т.д.
С возрастанием температуры твердых тел и жидкостей возрастает кинетическая энергия их частиц: они начинают колебаться с большей скоростью. При некоторой температуре, вполне определенной для данного вещества, силы притяжения между частицами уже не в состоянии удержать их в узлах кристаллической решетки (дальний порядок превращается в ближний), и кристалл начинает плавиться, т.е. вещество начинает переходить в жидкое состояние.
Плавление – процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое.
Отвердевание (кристаллизация) – процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое.
В процессе плавления температура кристалла остается постоянной. Эта температура называется температурой плавления
. У каждого вещества есть своя температура плавления. Находят по таблице.
Постоянство температуры при плавлении имеет большое практическое значение, поскольку позволяет градуировать термометры, изготавливать плавкие предохранители и индикаторы, которые расплавляются при строго заданной температуре. Знание температуры плавления различных веществ важно и с чисто бытовой точки зрения: в противном случае кто поручится за то, что эта кастрюля или сковородка не расплавится на огне газовой горелки?
Температура плавления и равная ей температура отвердевания - характерный признак вещества. Ртуть плавится и затвердевает при температуре -39 о С, поэтому в районах Крайнего Севера ртутные термометры не используют. Вместо ртутных термометров в этих широтах используют спиртовые (-114 о С). Самым тугоплавким металлом является вольфрам (3420 о С).
Количество теплоты, необходимое для плавления вещества, определяют по формуле:
Где m – масса вещества, - удельная теплота плавления.
Дж/кг
Удельная теплота плавления – такое количество теплоты, которое необходимо для расплавления 1 кг вещества, взятого при температуре плавления. У каждого вещества своя. Её находят по таблице.
Температура плавления вещества зависит от давления. Для веществ, у которых объем при плавлении возрастает, повышение давления повышает температуру плавления и наоборот. У воды объем при плавлении уменьшается, и при повышении давления лед плавится при более низкой температуре.
Билет № 14