Căldura specifică de fuziune este cantitatea de căldură necesară pentru a topi un gram de substanță. Căldura specifică de fuziune se măsoară în jouli pe kilogram și se calculează ca coeficientul cantității de căldură împărțit la masa substanței care se topește.

Căldura specifică de fuziune pentru diferite substanțe

Substanțe diferite au călduri specifice de fuziune diferite.

Aluminiul este un metal de culoare argintie. Este ușor de prelucrat și utilizat pe scară largă în inginerie. Căldura sa specifică de fuziune este de 290 kJ/kg.

Fierul este, de asemenea, un metal, unul dintre cele mai comune de pe Pământ. Fierul este utilizat pe scară largă în industrie. Căldura sa specifică de fuziune este de 277 kJ/kg.

Aurul este un metal nobil. Este folosit în bijuterii, stomatologie și farmacologie. Căldura specifică de topire a aurului este de 66,2 kJ/kg.

Argintul și platina sunt, de asemenea, metale nobile. Sunt folosite la fabricarea de bijuterii, în tehnologie și medicină. Căldura specifică este de 101 kJ/kg, iar cea a argintului este de 105 kJ/kg.

Staniul este un metal gri cu punct de topire scăzut. Este utilizat pe scară largă în compoziția lipiturilor, pentru fabricarea tablă și în producția de bronz. Căldura specifică este de 60,7 kJ/kg.

Mercurul este un metal mobil care îngheață la -39 de grade. Este singurul metal care există în stare lichidă în condiții normale. Mercurul este folosit în metalurgie, medicină, tehnologie și industria chimică. Căldura sa specifică de fuziune este de 12 kJ/kg.

Gheața este faza solidă a apei. Căldura sa specifică de fuziune este de 335 kJ/kg.

Naftalina este o substanță organică similară ca proprietăți chimice cu. Se topește la 80 de grade și se aprinde spontan la 525 de grade. Naftalina este utilizată pe scară largă în industria chimică, farmaceutică, explozivi și coloranți. Căldura specifică de fuziune a naftalinei este de 151 kJ/kg.

Gazele metan și propan sunt folosite ca purtători de energie și servesc drept materii prime în industria chimică. Căldura specifică de topire a metanului este de 59 kJ/kg și - 79,9 kJ/kg.

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

Vom studia formula pentru a afla cantitatea de căldură necesară pentru a topi (sau elibera în timpul cristalizării) o substanță.

Subiect: Stări agregate ale materiei

Lecție: Căldura specifică de fuziune

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

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

Am descoperit 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, în timpul topirii, temperatura nu se schimbă. 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 eliberat și absorbit de mediul extern.

Ca rezultat al 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 cu aceeași masă de materie. Acest lucru a condus la apariția unei astfel de 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 dintr-o 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, se utilizează 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:

.

Că căldura specifică de topire a gheții s-a dovedit a fi 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 acestei substanțe.

În această lecție, ne-am uitat la conceptul de căldură specifică de fuziune.

În lecția următoare, vom învăța cum să rezolvăm problemele de încălzire și topire a corpurilor cristaline.

Bibliografie

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Fizica 8 / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemosyne.
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

Procesele de cristalizare și topire descriu aceleași mărimi fizice. Diferența este că în timpul topirii, corpul are nevoie de energie pentru a distruge rețeaua, iar în timpul cristalizării, dimpotrivă, corpul eliberează energie mediului înconjurător.

Conceptul de căldură specifică de cristalizare

Căldura specifică de cristalizare (topire) este înțeleasă ca cantitatea de energie eliberată (consumată) de 1 kg. substanțe în timpul trecerii de la starea lichidă la starea solidă (și invers). Este important de menționat că în procesul de cristalizare (topire) temperatura substanței nu se modifică și a fost deja adusă la o valoare la care procesul în sine este posibil.

Căldura specifică de cristalizare (topire) se măsoară în J/kg., Se notează cu litera alfabetului grecesc λ. Prioritate A:

unde Q este cantitatea de energie eliberată (consumată) de m kilograme de materie.

Calculul energiei în procese termice secvenţiale

Luați în considerare procesul de răcire a m kg de apă de la o temperatură, de exemplu, de la +20°C la -10°C. Aici avem de-a face cu trei procese termice:

• răcire cu apă de la +20°С la 0°С, ∆T1 = - 20°;
• cristalizarea apei în gheață la 0°C;
• răcire cu gheață de la 0°С la -10°С, ∆T2 = - 10°;

Cantitatea de energie eliberată Q este egală cu suma energiilor din fiecare dintre aceste procese:

Q = Q1 + Q2 + Q3;

Q1 = C1 * m * ∆T1;

Q3 = C2 * m * ∆T2;

unde C1 și C2 sunt capacități termice specifice ale apei și, respectiv, gheții. Semnul „-” la Q2 înseamnă că procesul de eliberare a energiei în timpul cristalizării este în desfășurare.

Se numește tranziția unei substanțe de la starea solidă cristalină la starea lichidă topire. Pentru a topi un corp cristalin solid, acesta trebuie încălzit la o anumită temperatură, adică trebuie furnizată căldură.Temperatura la care se topește o substanță se numeștepunctul de topire al substanței.

Procesul invers - trecerea de la o stare lichidă la o stare solidă - are loc atunci când temperatura scade, adică căldura este îndepărtată. Tranziția unei substanțe de la starea lichidă la starea solidă se numeșteîntărire , sau cristalliza . Temperatura la care o substanță cristalizează se numeștetemperatura cristaluluițiuni .

Experiența arată că orice substanță cristalizează și se topește la aceeași temperatură.

Figura prezintă un grafic al dependenței temperaturii unui corp cristalin (gheață) de timpul de încălzire (din punctul DAR până la punctul D)și timpul de răcire (de la punct D până la punctul K). Afișează timpul pe axa orizontală și temperatura pe axa verticală.

Din grafic se poate observa că observarea procesului a început din momentul în care temperatura gheții a fost de -40 ° C sau, după cum se spune, temperatura în momentul inițial de timp. tdin timp= -40 °С (punctul DAR pe diagramă). Odată cu încălzirea suplimentară, temperatura gheții crește (pe grafic, aceasta este zona AB). Temperatura crește la 0 °C, punctul de topire al gheții. La 0°C, gheața începe să se topească și temperatura nu mai crește. Pe parcursul întregului timp de topire (adică până când toată gheața s-a topit), temperatura gheții nu se schimbă, deși arzătorul continuă să ardă și, prin urmare, este furnizată căldură. Procesul de topire corespunde secțiunii orizontale a graficului soare . Abia după ce toată gheața s-a topit și s-a transformat în apă, temperatura începe să crească din nou (secțiunea CD). După ce temperatura apei atinge +40 ° C, arzătorul se stinge și apa începe să se răcească, adică se îndepărtează căldura (pentru aceasta, un vas cu apă poate fi plasat într-un alt vas, mai mare, cu gheață). Temperatura apei începe să scadă (secțiunea DE). Când temperatura ajunge la 0 °C, temperatura apei încetează să scadă, în ciuda faptului că căldura este încă îndepărtată. Acesta este procesul de cristalizare a apei - formarea gheții (secțiune orizontală EF). Până când toată apa se transformă în gheață, temperatura nu se va schimba. Abia după aceasta temperatura gheții începe să scadă (secțiunea FK).

Vederea graficului considerat este explicată după cum urmează. Locația activată AB datorită aportului de căldură, energia cinetică medie a moleculelor de gheață crește, iar temperatura acesteia crește. Locația activată soare toată energia primită de conținutul balonului este cheltuită pentru distrugerea rețelei cristaline de gheață: aranjarea spațială ordonată a moleculelor sale este înlocuită cu dezordonată, distanța dintre molecule se modifică, adică. moleculele sunt rearanjate în așa fel încât substanța să devină lichidă. Energia cinetică medie a moleculelor nu se modifică, astfel încât temperatura rămâne neschimbată. O creștere suplimentară a temperaturii apei cu gheață topită (în zonă CD) înseamnă o creștere a energiei cinetice a moleculelor de apă datorită căldurii furnizate de arzător.

La răcirea apei (secțiunea DE) o parte din energie este luată din ea, moleculele de apă se mișcă cu viteze mai mici, energia lor cinetică medie scade - temperatura scade, apa se răcește. La 0°C (secțiune orizontală EF) moleculele încep să se alinieze într-o anumită ordine, formând o rețea cristalină. Până la finalizarea acestui proces, temperatura substanței nu se va modifica, în ciuda căldurii îndepărtate, ceea ce înseamnă că la solidificare, lichidul (apa) eliberează energie. Aceasta este exact energia pe care gheața a absorbit-o, transformându-se într-un lichid (secțiunea soare). Energia internă a unui lichid este mai mare decât cea a unui solid. În timpul topirii (și cristalizării), energia internă a corpului se modifică brusc.

Metalele care se topesc la temperaturi peste 1650 ºС se numesc refractar(titan, crom, molibden etc.). Tungstenul are cel mai înalt punct de topire dintre ele - aproximativ 3400 ° C. Metalele refractare și compușii lor sunt utilizați ca materiale rezistente la căldură în aeronave, în tehnologia rachetelor și în spațiale și în energia nucleară.

Subliniem încă o dată că în timpul topirii, substanța absoarbe energie. În timpul cristalizării, dimpotrivă, o dă mediului. Primind o anumită cantitate de căldură eliberată în timpul cristalizării, mediul se încălzește. Acest lucru este bine cunoscut de multe păsări. Nu e de mirare că pot fi văzuți iarna pe vreme geroasă stând pe gheața care acoperă râurile și lacurile. Datorită eliberării de energie în timpul formării gheții, aerul de deasupra se dovedește a fi cu câteva grade mai cald decât în ​​pădurea de pe copaci, iar păsările profită de acest lucru.

Topirea substantelor amorfe.

Prezența unui anumit punctele de topire este o caracteristică importantă a substanțelor cristaline. Pe această bază se pot distinge cu ușurință de corpurile amorfe, care sunt, de asemenea, clasificate ca solide. Acestea includ, în special, sticlă, rășini foarte vâscoase și materiale plastice.

Substante amorfe(spre deosebire de cristalin) nu au un punct de topire specific - nu se topesc, ci se înmoaie. Când este încălzită, o bucată de sticlă, de exemplu, devine mai întâi moale din tare, poate fi ușor îndoită sau întinsă; la o temperatură mai mare, piesa începe să-și schimbe forma sub influența propriei gravitații. Pe măsură ce se încălzește, masa vâscoasă groasă ia forma vasului în care se află. Această masă este la început groasă, ca mierea, apoi ca smântâna și, în cele din urmă, devine aproape la fel de lichid cu vâscozitate scăzută ca apa. Cu toate acestea, aici este imposibil să se indice o temperatură specifică pentru tranziția unui solid la un lichid, deoarece nu există.

Motivele pentru aceasta constă în diferența fundamentală dintre structura corpurilor amorfe și structura celor cristaline. Atomii din corpurile amorfe sunt aranjați aleatoriu. Corpurile amorfe în structura lor seamănă cu lichidele. Deja în sticlă solidă, atomii sunt aranjați aleatoriu. Aceasta înseamnă că o creștere a temperaturii sticlei nu face decât să mărească gama de vibrații ale moleculelor sale, le oferă treptat din ce în ce mai multă libertate de mișcare. Prin urmare, sticla se înmoaie treptat și nu prezintă tranziția ascuțită „solid-lichid” caracteristică trecerii de la un aranjament de molecule într-o ordine strictă la unul dezordonat.

Căldura de topire.

Căldura de topire- aceasta este cantitatea de căldură care trebuie transmisă unei substanțe la presiune constantă și la o temperatură constantă egală cu punctul de topire pentru a o transfera complet dintr-o stare cristalină solidă într-una lichidă. Căldura de fuziune este egală cu cantitatea de căldură care este eliberată în timpul cristalizării unei substanțe din stare lichidă. În timpul topirii, toată căldura furnizată substanței duce la creșterea energiei potențiale a moleculelor sale. Energia cinetică nu se modifică deoarece topirea are loc la o temperatură constantă.

Studiind experimental topirea diferitelor substanțe de aceeași masă, se poate observa că sunt necesare cantități diferite de căldură pentru a le transforma într-un lichid. De exemplu, pentru a topi un kilogram de gheață, trebuie să cheltuiți 332 J de energie, iar pentru a topi 1 kg de plumb - 25 kJ.

Cantitatea de căldură eliberată de organism este considerată negativă. Prin urmare, atunci când se calculează cantitatea de căldură eliberată în timpul cristalizării unei substanțe cu o masă m, ar trebui să utilizați aceeași formulă, dar cu semnul minus:

Căldura de ardere.

Căldura de ardere(sau valoare calorica, calorii) este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a combustibilului.

Pentru a încălzi corpurile, este adesea folosită energia eliberată în timpul arderii combustibilului. Combustibilul convențional (cărbune, petrol, benzină) conține carbon. În timpul arderii, atomii de carbon se combină cu atomii de oxigen din aer, rezultând formarea de molecule de dioxid de carbon. Energia cinetică a acestor molecule se dovedește a fi mai mare decât cea a particulelor inițiale. Creșterea energiei cinetice a moleculelor în timpul arderii se numește eliberare de energie. Energia eliberată în timpul arderii complete a combustibilului este căldura de ardere a acestui combustibil.

Căldura de ardere a combustibilului depinde de tipul de combustibil și de masa acestuia. Cu cât masa combustibilului este mai mare, cu atât este mai mare cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii sale complete.

Se numește cantitatea fizică care arată cât de multă căldură este eliberată în timpul arderii complete a combustibilului cu o greutate de 1 kg căldura specifică de ardere a combustibilului.Căldura specifică de ardere este indicată prin literăqși se măsoară în jouli pe kilogram (J/kg).

Cantitatea de căldură Q eliberat în timpul arderii m kg de combustibil este determinat de formula:

Pentru a afla cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a unui combustibil de masă arbitrară, este necesar să se înmulțească căldura specifică de ardere a acestui combustibil cu masa sa.