переход металла в жидкое состояние при нагревании его до температуры плавления
мы знаем, что в кристаллах молекулы (или атомы) расположены в строгом порядке. однако и в кристаллах они находятся в тепловом движении (колеблются). при нагревании тела средняя скорость движения молекул возрастает. следовательно, возрастает и их средняя кинетическая энергия и температура. на графике это участок ав (см. рис. 18). вследствие этого размах колебаний молекул (или атомов) увеличивается. когда тело нагреется до температуры плавления, то нарушится порядок в расположении частиц в кристаллах. кристаллы теряют свою форму. вещество плавится, переходя из твёрдого состояния в жидкое.
следовательно, вся энергия, которую получает кристаллическое тело после того, как оно уже нагрето до температуры плавления, расходуется на разрушение кристалла. в связи с этим температура тела перестаёт повышаться. на графике (см. рис. 18) это участок вс.
опыты показывают, что для превращения различных кристаллических веществ одной и той же массы в жидкость при температуре плавления требуется разное количество теплоты.
величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние, называется удельной теплотой плавления.
удельную теплоту плавления обозначают λ (греч. буква «лямбда»). её единица — 1 дж / кг.
определяют удельную теплоту плавления на опыте. так, было установлено, что удельная теплота плавления льда равна 3,4 • 105 — . это означает, что для превращения куска льда массой 1 кг, взятого при 0 °с, в воду такой же температуры требуется затратить 3,4 • 105 дж энергии. а чтобы расплавить брусок из свинца массой 1 кг, взятого при его температуре плавления, потребуется затратить 2,5 • 104 дж энергии.
следовательно, при температуре плавления внутренняя энергия вещества в жидком состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в твёрдом состоянии.
чтобы вычислить количество теплоты q, необходимое для плавления кристаллического тела массой т, взятого при его температуре плавления и нормальном атмосферном давлении, нужно удельную теплоту плавления λ умножить на массу тела m:
q = λm.
из этой формулы можно определить, что
λ = q / m, m = q / λ
опыты показывают, что при отвердевании кристаллического вещества выделяется точно такое же количество теплоты, которое поглощается при его плавлении. так, при отвердевании воды массой 1 кг при температуре 0 °с выделяется количество теплоты, равное 3,4 • 105 дж. точно такое же количество теплоты требуется и для плавления льда массой 1 кг при температуре 0 °с.
превращение льда в воду
при отвердевании вещества всё происходит в обратном порядке. скорость, а значит, и средняя кинетическая энергия молекул в охлаждённом расплавленном веществе уменьшаются. силы притяжения теперь могут удерживать медленно движущиеся молекулы друг около друга. вследствие этого расположение частиц становится — образуется кристалл. выделяющаяся при кристаллизации энергия расходуется на поддержание постоянной температуры. на графике это участок ef (см. рис. 18).
кристаллизация облегчается, если в жидкости с самого начала присутствуют какие-либо посторонние частицы, например пылинки. они становятся центрами кристаллизации. в обычных условиях в жидкости имеется множество центров кристаллизации, около которых и происходит образование кристалликов.
таблица 4. удельная теплота плавления некоторых веществ (при нормальном атмосферном давлении)
при кристаллизации происходит выделение энергии и передача её окружающим телам.
количество теплоты, выделяющееся при кристаллизации тела массой т, определяется также по формуле
q = λm.
внутренняя энергия тела при этом уменьшается.
пример. для приготовления чая турист положил в котелок лёд массой 2 кг, имеющий температуру 0 °с. какое количество теплоты необходимо для превращения этого льда в кипяток при температуре 100 °с? энергию, израсходованную на нагревание котелка, не учитывать.
нагревание льда в котелке
какое количество теплоты понадобилось бы, если вместо льда турист взял из проруби воду той же массы при той же температуре?
запишем условие и решим её.
Популярные вопросы