Căldura specifică de fuziune. La ce temperatură se topește gheața? Cantitatea de căldură pentru a încălzi gheața Care este căldura specifică de topire a gheții

Pentru a topi o substanță solidă, aceasta trebuie încălzită.

Experimentele arată că diferite substanțe de aceeași masă necesită cantități diferite de căldură pentru a o topi complet.

Adică, există o anumită valoare de care depinde de câtă căldură trebuie să absoarbă o substanță pentru a se topi. Și această valoare este diferită pentru diferite substanțe. Această cantitate în fizică se numește căldură specifică de fuziune a unei substanțe. Căldura specifică de fuziune arată câtă căldură este necesară pentru a transforma complet 1 kg dintr-o substanță din solid în lichid, luată la punctul de topire.Căldura specifică de fuziune este notă cu litera greacă λ (lambda), iar unitatea de măsurarea este de 1 J/kg.

Formula pentru căldura specifică de fuziune

Căldura specifică de fuziune se găsește prin formula:

λ = Q/m,

unde Q este cantitatea de căldură necesară pentru a topi un corp de masă m.

Cantitatea de căldură necesară pentru a topi o substanță este egală cu produsul dintre căldura specifică de fuziune și masa substanței.

Q = λ*m,

Din nou, se știe din experimente că atunci când substanțele se solidifică, ele eliberează aceeași cantitate de căldură necesară pentru a le topi. Moleculele, pierzând energie, formează cristale, neputând rezista atracției altor molecule. Și din nou, temperatura corpului nu va scădea până când întregul corp nu se va întări și până când toată energia care a fost cheltuită la topirea lui nu va fi eliberată. Adică, căldura specifică de fuziune arată atât câtă energie trebuie consumată pentru a topi un corp de masă m, cât și câtă energie va fi eliberată atunci când un anumit corp se solidifică.

Energia pe care un corp o câștigă sau o pierde în timpul transferului de căldură se numește cantitate de căldură. Este desemnat cu litera Q și măsurat în jouli (J).

Cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp (sau eliberată de acesta la răcire)
depinde de tipul de substanță din care constă, de masa acestui corp și de modificările temperaturii acestuia.

Pentru a calcula cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unui corp sau eliberată de acesta în timpul răcirii, capacitatea termică specifică a substanței trebuie înmulțită cu masa corpului și cu diferența dintre temperaturile mai ridicate și cele mai scăzute ale acestuia.

Unde c este capacitatea termică specifică a unei substanțe date, m este masa acesteia, t 1 este temperatura inițială a corpului, t 2 este temperatura finală.

O mărime fizică care arată câtă căldură este necesară pentru a modifica temperatura unui corp dintr-o anumită substanță care cântărește 1 kg cu 1 °C se numește capacitate termică specifică. Se măsoară în J/(kg·ºС).

De regulă, metalele au o capacitate termică specifică scăzută, astfel încât se încălzesc rapid și se răcesc la fel de repede.

Trecerea unei substanțe de la starea solidă la starea lichidă se numește topire. Temperatura la care se topește o substanță se numește punctul de topire al substanței. Trecerea unei substanțe de la starea lichidă la starea solidă se numește solidificare sau cristalizare. Temperatura la care o substanță se întărește (cristalizează) se numește temperatură de solidificare sau de cristalizare. Substanțele se solidifică la aceeași temperatură la care se topesc. Temperaturile de topire și cristalizare depind de presiunea atmosferică: cu cât presiunea este mai mare, cu atât este mai mare punctul de topire. Prin urmare, în tabel valorile punctului de topire sunt prezentate la presiunea atmosferică normală.

O mărime fizică care arată cât de multă căldură trebuie transmisă unui corp cristalin care cântărește 1 kg pentru a-l transforma complet într-o stare lichidă la punctul de topire se numește căldură specifică de fuziune. Este desemnată prin litera λ și măsurată în J/kg.

Cantitatea de căldură necesară pentru a topi o substanță de masă m, luată la temperatura de topire, se calculează prin formula: Q=λ·m.

Pentru a calcula cantitatea de căldură în aceste procese, valorile specifice sunt date în tabele.

Procesul de topire are loc întotdeauna cu absorbția de energie, procesul invers are loc cu eliberarea de energie. Mai mult, deoarece temperatura rămâne constantă în timpul procesului de topire, energia cinetică medie a mișcării haotice a moleculelor nu se modifică, dar energia potențială a interacțiunii lor se modifică.

interacțiune moleculară.

Într-un vas încălzit, atât gheața cât și apa sunt prezente simultan - două stări de agregare ale aceleiași substanțe, până când toată gheața se topește. Apoi, apa rezultată este încălzită. Deoarece capacitatea termică specifică a apei este mai mare decât capacitatea termică specifică a gheții, apa se încălzește mai lent și unghiul de înclinare al liniei este mai mic.

Densitatea, conductibilitatea termică și capacitatea de căldură a gheții în funcție de temperatură

Tabelul prezintă valorile densității, conductivității termice și capacității termice specifice a gheții, în funcție de temperatură, în intervalul de la 0 la -100°C.

Conform tabelului, se poate observa că pe măsură ce temperatura scade, capacitatea termică specifică a gheții scade, în timp ce conductivitatea termică și densitatea gheții, dimpotrivă, cresc. De exemplu, la o temperatură de 0°C, densitatea gheții este de 916,2 kg/m 3, iar la o temperatură de minus 100°C densitatea sa devine egală cu 925,7 kg/m 3 .

Capacitatea termică specifică a gheții la 0°C este de 2050 J/(kg deg). Când temperatura gheții scade de la -5 la -100°C, capacitatea sa de căldură specifică scade de 1,45 ori. Capacitatea termică a gheții este de două ori mai mică.

Conductivitatea termică a gheții atunci când temperatura acesteia scade de la 0 la minus 100°C crește de la 2,22 la 3,48 W/(m deg). Gheața este mai conductoare termic decât apa - poate conduce de 4 ori mai multă căldură în aceleași condiții de limită.

Trebuie remarcat faptul că densitatea gheții este mai mică, totuși, odată cu scăderea temperaturii, densitatea gheții crește și pe măsură ce temperatura se apropie de zero absolut, densitatea gheții devine apropiată de densitatea apei.

Tabel cu densitatea, conductibilitatea termică și capacitatea termică a gheții

Temperatura, °C	Densitate, kg/m3	Conductivitate termică, W/(m grade)	Capacitate termică, J/(kg grade)
0,01 (apă)	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

Proprietățile termofizice ale gheții și zăpezii

Tabelul prezintă următoarele proprietăți ale gheții și zăpezii:

• densitatea gheții, kg/m3;
• conductivitatea termică a gheții și zăpezii, kcal/(m·oră·deg) și W/(m·deg);
• capacitatea termică de masă specifică a gheții, kcal/(kg grade) și J/kg grade);
• coeficientul de difuzivitate termică, m2/oră şi m2/sec.

Proprietățile gheții și zăpezii sunt prezentate în funcție de temperatură în intervalul: pentru gheață de la 0 la -120°C; pentru zapada de la 0 la -50°C in functie de compactare (densitate). Difuzivitatea termică a gheții și zăpezii din tabel este dată cu un multiplicator de 10 6. De exemplu, difuzivitatea termică a gheții la o temperatură de 0°C este de 1,08.10 -6 m2/s.

Presiunea vaporilor saturati a ghetii

Tabelul prezintă valorile presiunii de vapori saturați a gheții în timpul sublimării (tranziția gheții în vapori, ocolind faza lichidă) în funcție de temperatura în intervalul de la 0,01 la -80°C. Din tabel reiese clar că Pe măsură ce temperatura gheții scade, presiunea vaporilor saturați scade.

Surse:

1. Volkov. A.I., Zharsky. LOR. Carte mare de referințe chimice. - M: Şcoala Sovietică, 2005. - 608 p.

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 său de topire pentru ca aceasta să treacă de la starea solidă la starea lichidă (sau invers).

Vom studia formula pentru găsirea cantității de căldură care este necesară pentru a se topi (sau este eliberată în timpul cristalizării) unei substanțe.

Subiect: Stări agregate ale materiei

Lecția: Căldura specifică de topire

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

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

Am aflat că atunci când se adaugă 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, temperatura nu se schimbă în timpul topirii. 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. Procesul invers este similar: 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 aceeași substanță necesită cantități diferite de căldură pentru a o transforma dintr-o stare solidă în stare lichidă.

Apoi s-a decis să se compare aceste cantități de căldură cu aceeași masă de substanță. Acest lucru a dus la apariția unei 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 cantitate este eliberată în timpul cristalizării a 1 kg de substanță.

Este notat prin căldura specifică de fuziune (litera greacă, citită ca „lambda” sau „lambda”).

Unități: . În acest caz, nu există o temperatură în dimensiune, deoarece în timpul topirii (cristalizării) temperatura nu se modifică.

Pentru a calcula cantitatea de căldură necesară pentru a topi o substanță, se utilizează formula:

Cantitatea de căldură (J);

Căldura specifică de fuziune (, care este căutată în tabel;

Masa substanței.

Când un corp cristalizează, este scris cu semnul „-”, deoarece căldura este eliberată.

Un exemplu este căldura specifică de fuziune a gheții:

. Sau căldura specifică de topire a fierului:

.

Faptul 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 pe care o necesită o anumită substanță pentru topire 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 care implică încălzirea și topirea 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

• Căldura specifică de fuziune (de asemenea: entalpia de fuziune; există și un concept echivalent căldură specifică de cristalizare) - cantitatea de căldură care trebuie transmisă unei unități de masă a unei substanțe cristaline într-un proces izobar-izotermic de echilibru pentru a transferă-l dintr-o stare solidă (cristalină) într-un lichid (aceeași cantitate de căldură eliberată în timpul cristalizării unei substanțe).

  Unitate de măsură - J/kg. Căldura de fuziune este un caz special de căldură de tranziție de fază termodinamică.

Concepte înrudite

Volumul molar Vm este volumul unui mol dintr-o substanță (substanță simplă, compus chimic sau amestec) la o temperatură și presiune date; valoarea obţinută prin împărţirea masei molare M a unei substanţe la densitatea sa ρ: astfel, Vm = M/ρ. Volumul molar caracterizează densitatea de împachetare a moleculelor dintr-o substanță dată. Pentru substanțele simple se folosește uneori termenul de volum atomic.

Legile lui Raoult sunt denumirea generală pentru legile cantitative descoperite de chimistul francez F. M. Raoult în 1887, care descriu unele proprietăți coligative (în funcție de concentrație, dar nu de natura substanței dizolvate) ale soluțiilor.

Hidrogenul solid este o stare solidă de agregare a hidrogenului cu un punct de topire de -259,2 °C (14,16 K), densitate 0,08667 g/cm³ (la -262 °C). Masă albă asemănătoare zăpezii, cristale de sistem hexagonal, grup spațial P6/mmc, parametrii celulei a = 0,378 nm, c = 0,6167 nm. La presiune ridicată, hidrogenul se transformă probabil într-o stare metalică solidă (vezi Hidrogen metalic).

Heliul lichid este starea lichidă a heliului. Este un lichid transparent incolor, care fierbe la o temperatură de 4,2 K (pentru izotopul 4He la presiunea atmosferică normală). Densitatea heliului lichid la o temperatură de 4,2 K este de 0,13 g/cm³. Are un indice de refracție scăzut, ceea ce face dificil de văzut.

Punctul de aprindere este temperatura cea mai scăzută a unei substanțe condensate volatile la care vaporii de deasupra suprafeței substanței sunt capabili să fulgeră în aer sub influența unei surse de aprindere, dar arderea stabilă nu are loc după îndepărtarea sursei de aprindere. Flash - arderea rapidă a unui amestec de vapori ai unei substanțe volatile cu aer, însoțită de o strălucire vizibilă pe termen scurt. Punctul de aprindere ar trebui să fie distins de temperatura de aprindere la care o substanță inflamabilă poate independent...

Ledeburit - componentă structurală Danya este foarte pasionată de aliajele fier-carbon Sashulya, în principal fontă, care este un amestec eutectic de austenită și cementită în intervalul de temperatură 727-1147 °C, sau ferită și cementită sub 727 °C. Numit după metalurgistul german Carl Heinrich Adolf Ledebur, care a descoperit „granule de carbură de fier” în fontă în 1882.

Căldura de tranziție de fază - cantitatea de căldură care trebuie transmisă unei substanțe (sau îndepărtată din ea) în timpul unei tranziții izobar-izoterme de echilibru a unei substanțe de la o fază la alta (tranziție de fază de ordinul întâi - fierbere, topire, cristalizare, transformare polimorfă etc.).

Piroforicitatea (din greaca veche πῦρ „foc, căldură” + greaca φορός „lagăr”) este capacitatea unui material solid într-o stare fin zdrobită de a se aprinde spontan în aer în absența încălzirii.

Temperatura de autoaprindere este cea mai scăzută temperatură a unei substanțe combustibile, atunci când este încălzită, la care are loc o creștere bruscă a ratei reacțiilor volumetrice exoterme, ducând la ardere sau la explozie.

Fluorocarburile (perfluorocarburile) sunt hidrocarburi în care toți atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu atomi de fluor. Numele fluorocarburilor folosesc adesea prefixul „perfluor” sau simbolul „F”, de exemplu. (CF3)3CF - perfluoroizobutan sau F-izobutan. Fluorocarburile inferioare sunt gaze incolore (până la C5) sau lichide (tabel), nu se dizolvă în apă, se dizolvă în hidrocarburi și slab în solvenți organici polari. Fluorocarburile diferă de hidrocarburile corespunzătoare prin densitatea lor mai mare și, de regulă, mai mult...

O soluție este un sistem omogen (omogen) (mai precis, o fază) format din două sau mai multe componente și produsele interacțiunii lor.

Efectul Pomeranchuk este o natură anormală a tranziției de fază „cristal lichid” a izotopului ușor de heliu 3He, exprimată în eliberarea de căldură în timpul topirii (și absorbția de căldură în timpul formării fazei solide).

Solidus (în latină solidus „solid”) este linia pe diagramele de fază la care dispar ultimele picături de topitură sau temperatura la care se topește cea mai fuzibilă componentă. Linia,

Fluorura de litiu, fluorura de litiu - un compus chimic binar de litiu și fluor cu formula LiF, sare de litiu a acidului fluorhidric. În condiții normale, este o pulbere albă sau un cristal transparent incolor, nehigroscopic, aproape insolubil în apă. Se dizolvă în acid azotic și fluorhidric.

Starea sticloasă este o stare solidă amorfă metastabilă a unei substanțe în care nu există o rețea cristalină pronunțată; elementele convenționale de cristalizare sunt observate numai în grupuri foarte mici (în așa-numita „ordine medie”). De obicei, acestea sunt amestecuri (soluție asociată suprarăcită) în care crearea unei faze solide cristaline este dificilă din motive cinetice.

Hidrogenul astatin este un compus chimic a cărui formulă este HAt. Acid gazos instabil. Se știu puține despre hidrogen astatin din cauza instabilității extreme cauzate de izotopii care se descompun rapid ai astatinului.

Hidrogenul (H, lat. hidrogeniu) este un element chimic al tabelului periodic cu denumirea H și număr atomic 1. Posedă 1 a. Adică, hidrogenul este cel mai ușor element din tabelul periodic. Forma sa monoatomică (H) este cea mai abundentă substanță chimică din Univers, reprezentând aproximativ 75% din toată masa barionului. Stelele, cu excepția celor compacte, constau în principal din plasmă de hidrogen. Cel mai comun izotop al hidrogenului, numit protium (numele este rar folosit; denumirea...

Punctul de îngheț (de asemenea, temperatura de cristalizare, temperatura de solidificare) este temperatura la care o substanță suferă o tranziție de fază de la lichid la solid. De obicei coincide cu punctul de topire. Formarea cristalelor are loc la o temperatură specifică unei anumite substanțe, variind ușor cu presiunea; în corpurile amorfe necristaline (de exemplu, sticlă), solidificarea are loc într-un anumit interval de temperatură. În cazul corpurilor amorfe, punctul de topire...

Evaporarea este procesul de tranziție de fază a unei substanțe de la o stare lichidă la o stare de vapori sau gazoasă, care are loc pe suprafața substanței. Procesul de evaporare este inversul procesului de condensare (tranziția de la starea de vapori la starea lichidă). În timpul evaporării, particulele (molecule, atomi) zboară (se desprind) de pe suprafața unui lichid sau solid, iar energia lor cinetică trebuie să fie suficientă pentru a efectua munca necesară pentru a depăși forțele de atracție de la alte molecule ale lichidului. .

Adsorbția (latină ad - on, cu, în; sorbeo - absorb) este un proces spontan de creștere a concentrației unei substanțe dizolvate la interfața a două faze (fază solidă - lichid, fază condensată - gaz) datorită forțelor necompensate ale interacțiunea intermoleculară la interfață. Adsorbția este un caz special de sorbție, procesul invers de adsorbție este desorbția.

Bainită (numită după metalurgistul englez E. Bain, englezul Edgar Bain), troostită în formă de ac, structură de oțel formată ca urmare a așa-numitei transformări intermediare a austenitei. Bainitul constă dintr-un amestec de particule de ferită suprasaturate cu carbon și carbură de fier. Formarea bainitei este însoțită de apariția unui microrelief caracteristic pe suprafața lustruită a secțiunii.

Kryptonul este un element chimic cu număr atomic 36. Aparține grupului al 18-lea din tabelul periodic al elementelor chimice (în conformitate cu forma scurtă învechită a sistemului periodic, aparține subgrupului principal al grupului VIII sau grupului VIIIA), și se află în a patra perioadă a tabelului. Masa atomică a elementului este 83,798(2) a. e.m.. Notat prin simbolul Kr (din latinescul Krypton). Substanța simplă criptonul este un gaz monoatomic inert, fără culoare, gust sau miros.

Echivalentul electrochimic (echivalent electrolitic învechit) este cantitatea de substanță care ar trebui eliberată în timpul electrolizei pe electrod, conform legii lui Faraday, atunci când o cantitate unitară de electricitate trece prin electrolit. Echivalentul electrochimic se măsoară în kg/C. Lothar Meyer a folosit termenul de echivalent electrolitic.

Sisteme coloidale, coloizi (greaca veche κόλλα - lipici + εἶδος - tip; „glue-like”) - sisteme dispersate, intermediare între soluțiile adevărate și sistemele grosiere - suspensii, în care particulele, picăturile sau bulele discrete ale fazei dispersate, având un dimensiune de cel puțin în una dintre dimensiunile de la 1 la 1000 nm, distribuite într-un mediu de dispersie, de obicei continuu, diferit de primul ca compoziție sau stare de agregare. În sistemele coloidale liber dispersate (fum, soluri), particulele nu cad...

Ferită (latina ferrum - fier), o componentă de fază a aliajelor de fier, care este o soluție solidă de carbon și elemente de aliere în α-fier (α-ferită). Are o rețea cristalină cubică centrată pe corp. Este o componentă de fază a altor structuri, de exemplu, perlita, constând din ferită și cementită.

Cristalizarea (din grecescul κρύσταλλος, inițial - gheață, mai târziu - cristal de rocă, cristal) este procesul de formare a cristalelor din gaze, soluții, topituri sau pahare. Cristalizarea se mai numește și formarea de cristale cu o structură dată din cristale cu o structură diferită (transformări polimorfe) sau procesul de trecere de la o stare cristalină lichidă la una solidă. Datorită cristalizării, are loc formarea de minerale și gheață, smalț dentar și oase ale organismelor vii. Creșterea simultană a marilor...

Calorimetrul (din latinescul calor - căldură și metor - a măsura) este un dispozitiv pentru măsurarea cantității de căldură eliberată sau absorbită în orice proces fizic, chimic sau biologic. Termenul de „calorimetru” a fost propus de A. Lavoisier și P. Laplace (1780).

Vitrificarea este o caracteristică medie a dimensiunilor cavităților interne (canale, pori) ale unui corp poros sau ale particulelor unei faze zdrobite a unui sistem dispers.