Specifinė alavo lydymosi temperatūra. Savitoji lydymosi šiluma

Norint ištirpti kietą medžiagą, ji turi būti kaitinama. Ir šildant bet kurį kūną, pastebima viena įdomi savybė

Ypatumas yra toks: kūno temperatūra pakyla iki lydymosi taško, o tada sustoja, kol visas kūnas pereis į skystą būseną. Išlydžius temperatūra vėl pradeda kilti, jei, žinoma, kaitinimas tęsiamas. Tai yra, yra laikotarpis, per kurį mes šildome kūną, bet jis neįkaista. Kur dingsta mūsų išleista šilumos energija? Norėdami atsakyti į šį klausimą, turime pažvelgti į kūno vidų.

Kietoje medžiagoje molekulės yra išdėstytos tam tikra tvarka kristalų pavidalu. Jie praktiškai nejuda, tik šiek tiek svyruoja vietoje. Kad medžiaga virstų skysta būsena, molekulėms reikia suteikti papildomos energijos, kad jos galėtų išvengti gretimų kristalų molekulių traukos. Šildydami kūną mes suteikiame molekulėms šią reikalingą energiją. Ir kol visos molekulės negauna pakankamai energijos ir nesunaikinami visi kristalai, kūno temperatūra nekyla. Eksperimentai rodo, kad skirtingoms tos pačios masės medžiagoms reikalingas skirtingas šilumos kiekis, kad jis visiškai ištirptų.

Tai yra, yra tam tikra vertė, nuo kurios ji priklauso kiek šilumos turi sugerti medžiaga, kad ištirptų?. Ir ši vertė skirtingoms medžiagoms skiriasi. Šis dydis fizikoje vadinamas specifine medžiagos lydymosi šiluma. Vėlgi, kaip eksperimentų rezultatas, specifinė sintezės šiluma įvairių medžiagų ir surinkti į specialias lenteles, iš kurių galima surinkti šią informaciją. Savitoji lydymosi šiluma žymima graikiška raide λ (lambda), o matavimo vienetas yra 1 J/kg.

Specifinės sintezės šilumos formulė

Specifinė šiluma tirpimas randamas pagal formulę:

čia Q yra šilumos kiekis, reikalingas m masės kūnui ištirpti.

Vėlgi, iš eksperimentų žinoma, kad medžiagoms kietėjant jos išskiria tiek pat šilumos, kiek reikėjo joms ištirpti. Molekulės, prarasdamos energiją, formuoja kristalus, negalėdamos atsispirti kitų molekulių traukai. Ir vėlgi, kūno temperatūra nesumažės tol, kol nesukietės visas kūnas ir kol neišsilaisvins visa energija, kuri buvo išeikvota jo tirpimui. Tai yra, specifinė sintezės šiluma parodo ir tai, kiek energijos reikia sunaudoti, kad ištirptų m masės kūnas, ir kiek energijos išsiskirs tam tikram kūnui sukietėjus.

Pavyzdžiui, kieto būvio vandens savitoji lydymosi šiluma, tai yra, ledo lydymosi savitoji šiluma yra 3,4 * 105 J/kg. Šie duomenys leidžia apskaičiuoti, kiek energijos reikia bet kokios masės ledui ištirpdyti. Taip pat žinodami ledo ir vandens savitąją šiluminę talpą, galite tiksliai apskaičiuoti, kiek energijos reikia konkrečiam procesui, pavyzdžiui, ištirpdyti 2 kg sveriantį ledą, kurio temperatūra – 30˚C ir gautą vandenį užvirinti. Tokia informacija apie įvairias medžiagas labai reikalinga pramonėje, norint apskaičiuoti realias energijos sąnaudas gaminant bet kokias prekes.

Matėme, kad į šiltą patalpą įneštas indas su ledu ir vandeniu neįkaista tol, kol neištirpsta visas ledas. Šiuo atveju vanduo gaunamas iš tokios pat temperatūros ledo. Šiuo metu į ledo ir vandens mišinį patenka šiluma, todėl vidinė energijašis mišinys didėja. Iš to turime daryti išvadą, kad vidinė vandens energija esant tokiai pačiai temperatūrai yra didesnė už vidinę ledo energiją. Nes kinetinė energija molekulės, vanduo ir ledas yra vienodi, tada vidinės energijos padidėjimas lydantis yra molekulių potencialios energijos padidėjimas.

Patirtis rodo, kad tai galioja visiems kristalams. Lydant kristalą, būtina nuolat didinti sistemos vidinę energiją, o kristalo ir lydalo temperatūra nesikeičia. Paprastai vidinė energija padidėja, kai kristalui perduodamas tam tikras šilumos kiekis. Tą patį tikslą galima pasiekti atliekant darbą, pavyzdžiui, naudojant trintį. Taigi, lydalo vidinė energija visada yra didesnė už tos pačios masės kristalų vidinę energiją toje pačioje temperatūroje. Tai reiškia, kad tvarkingas dalelių išsidėstymas (kristalinėje būsenoje) atitinka mažesnę energiją nei netvarkingas išsidėstymas (lydoje).

Šilumos kiekis, reikalingas kristalo masės vienetui transformuoti į tokios pat temperatūros lydalą, vadinamas specifine kristalo lydymosi šiluma. Jis išreiškiamas džauliais kilogramui.

Kai medžiaga sukietėja, sintezės šiluma išsiskiria ir perduodama aplinkiniams kūnams.

Ugniai atsparių kūnų (kūnų, kurių lydymosi temperatūra aukšta) savitosios lydymosi šilumos nustatymas nėra lengva užduotis. Mažai tirpstančio kristalo, pavyzdžiui, ledo, specifinę lydymosi šilumą galima nustatyti naudojant kalorimetrą. Į kalorimetrą pilamas tam tikras kiekis tam tikros temperatūros vandens ir įmetamas į jį žinoma masė ledo, kuris jau pradėjo tirpti, t. y. turi temperatūrą, palaukite, kol visas ledas ištirps ir vandens temperatūra kalorimetre įgis pastovią reikšmę. Naudodamiesi energijos tvermės dėsniu, sudarysime šilumos balanso lygtį (§ 209), kuri leidžia nustatyti specifinę ledo tirpimo šilumą.

Tegul vandens masė (įskaitant kalorimetro vandens ekvivalentą) lygi ledo masei - , vandens savitajai šilumai - , pradinei vandens temperatūrai - , galutinei temperatūrai - , ledo lydymosi savitajai šilumai - . Lygtis šilumos balansas atrodo kaip

.

Lentelėje 16 lentelėje parodyta kai kurių medžiagų savitoji lydymosi šiluma. Pažymėtina didelis ledo tirpimo karštis. Ši aplinkybė labai svarbi, nes lėtina ledo tirpimą gamtoje. Jei savitoji sintezės šiluma būtų daug mažesnė, pavasariniai potvyniai būtų daug kartų stipresni. Žinodami specifinę sintezės šilumą, galime apskaičiuoti, kiek šilumos reikia bet kuriam kūnui ištirpti. Jei kūnas jau įkaitintas iki lydymosi temperatūros, tada šilumą reikia išleisti tik jam ištirpti. Jei jo temperatūra yra žemesnė už lydymosi tašką, vis tiek turite išleisti šilumą šildymui.

16 lentelė.

Savitoji lydymosi šiluma yra šilumos kiekis, reikalingas vienam gramui medžiagos ištirpti. Savitoji lydymosi šiluma matuojama džauliais kilogramui ir apskaičiuojama kaip šilumos kiekio, padalytos iš tirpstančios medžiagos masės, santykis.

Savitoji įvairių medžiagų lydymosi šiluma

Skirtingos medžiagos turi skirtingą specifinę lydymosi šilumą.

Aliuminis – metalas sidabro spalvos. Jį lengva apdoroti ir plačiai naudojamas technologijose. Jo savitoji lydymosi šiluma yra 290 kJ/kg.

Geležis taip pat yra metalas, vienas labiausiai paplitusių Žemėje. Geležis plačiai naudojama pramonėje. Jo savitoji lydymosi šiluma yra 277 kJ/kg.

Auksas yra taurusis metalas. Jis naudojamas papuošalų gamyba odontologijoje ir farmakologijoje. Savitoji aukso lydymosi šiluma yra 66,2 kJ/kg.

Sidabras ir platina – taip pat taurieji metalai. Jie naudojami gamyboje papuošalai, technologijų ir medicinos srityse. Savitasis karštis yra 101 kJ/kg, o sidabro – 105 kJ/kg.

Alavas yra mažai tirpstantis metalas pilka. Jis plačiai naudojamas lydmetaliuose, skardos gamyboje ir bronzos gamyboje. Savitoji šiluma yra 60,7 kJ/kg.

Gyvsidabris yra mobilus metalas, kuris užšąla -39 laipsnių temperatūroje. Tai vienintelis metalas normaliomis sąlygomis egzistuoja skysta būsena. Gyvsidabris naudojamas metalurgijoje, medicinoje, technologijose, chemijos pramonė. Jo savitoji lydymosi šiluma yra 12 kJ/kg.

Ledas yra kieta vandens fazė. Jo savitoji lydymosi šiluma yra 335 kJ/kg.

Naftalenas - organinės medžiagos, panašus į cheminės savybės Su . Jis tirpsta 80 laipsnių temperatūroje ir savaime užsidega 525 laipsnių temperatūroje. Naftalenas plačiai naudojamas chemijos pramonėje, farmacijoje, gamyboje sprogmenų ir dažikliai. Naftaleno savitoji lydymosi šiluma yra 151 kJ/kg.

Metano ir propano dujos naudojamos kaip energijos nešikliai ir yra žaliavos chemijos pramonėje. Savitoji metano lydymosi šiluma yra 59 kJ/kg, o - 79,9 kJ/kg.

Šioje pamokoje išnagrinėsime „specifinės sintezės šilumos“ sąvoką. Ši vertė apibūdina šilumos kiekį, kuris turi būti perduotas 1 kg medžiagos lydymosi temperatūroje, kad ji iš kietos būsenos pereitų į skystą (arba atvirkščiai).

Ištirsime formulę, kaip rasti šilumos kiekį, kuris reikalingas medžiagai ištirpti (arba išsiskirianti kristalizacijos metu).

Tema: agreguotos medžiagos būsenos

Pamoka: savitoji lydymosi šiluma

Ši pamoka yra skirta pagrindinei medžiagos lydymosi (kristalizavimosi) charakteristikai – specifinei lydymosi šilumai.

Paskutinėje pamokoje palietėme klausimą: kaip keičiasi kūno vidinė energija tirpstant?

Išsiaiškinome, kad pridėjus šilumos padidėja vidinė kūno energija. Kartu žinome, kad kūno vidinę energiją galima apibūdinti tokia sąvoka kaip temperatūra. Kaip jau žinome, lydymosi metu temperatūra nekinta. Todėl gali kilti įtarimas, kad susiduriame su paradoksu: vidinė energija didėja, bet temperatūra nesikeičia.

Šio fakto paaiškinimas yra gana paprastas: visa energija išleidžiama sunaikinimui kristalinė gardelė. Atvirkštinis procesas yra panašus: kristalizacijos metu medžiagos molekulės sujungiamos į vieną sistemą, o energijos perteklius išsiskiria ir sugeria išorinę aplinką.

Įvairių eksperimentų metu buvo galima nustatyti, kad tai reikalinga tai pačiai medžiagai skirtingas kiekis kaitinkite, kad iš kieto pasikeistų į skystą.

Tada buvo nuspręsta šiuos šilumos kiekius palyginti su ta pačia medžiagos mase. Dėl to atsirado tokia charakteristika kaip specifinė sintezės šiluma.

Apibrėžimas

Savitoji lydymosi šiluma- šilumos kiekis, kuris turi būti perduotas 1 kg medžiagos, pašildytos iki lydymosi temperatūros, kad ji iš kietos būsenos būtų perkelta į skystą.

Toks pat kiekis išsiskiria kristalizuojant 1 kg medžiagos.

Nurodyta specifinė lydymosi šiluma ( graikiška raidė, skaitoma kaip „lambda“ arba „lambda“).

Matavimo vienetai: . IN šiuo atveju matmenyje nėra temperatūros, nes lydymosi (kristalizacijos) metu temperatūra nekinta.

Norint apskaičiuoti šilumos kiekį, reikalingą medžiagai išlydyti, naudojama formulė:

Šilumos kiekis (J);

Savitoji lydymosi šiluma (, kurios ieškoma lentelėje;

Medžiagos masė.

Kai kūnas kristalizuojasi, jis rašomas „-“ ženklu, nes išsiskiria šiluma.

Pavyzdys yra specifinė ledo lydymosi šiluma:

. Arba specifinė geležies lydymosi šiluma:

.

Tai, kad ledo lydymosi savitoji šiluma pasirodė esanti didesnė už specifinę geležies lydymosi šilumą, neturėtų stebinti. Šilumos kiekis, kurio reikia konkrečiai medžiagai lydyti, priklauso nuo medžiagos savybių, ypač nuo ryšių tarp šios medžiagos dalelių energijos.

Šioje pamokoje apžvelgėme specifinės sintezės šilumos sąvoką.

Kitoje pamokoje išmoksime spręsti problemas, susijusias su kristalinių kūnų kaitinimu ir lydymu.

Nuorodos

1. Gendenšteinas L. E., Kaidalovas A. B., Koževnikovas V. B. Fizika 8 / Red. Orlova V. A., Roizena I. I. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Bustard, 2010 m.
3. Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselevas D. F. Fizika 8. - M.: Švietimas.

1. Fizika, mechanika ir kt. ().
2. Šauni fizika ().
3. Interneto portalas Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

Namų darbai

Lydymosi metu sunaikinama erdvinė gardelė kristalinis kūnas. Šiam procesui reikalingas tam tikras energijos kiekis iš tam tikro išorinio šaltinio. Dėl to lydymosi proceso metu padidėja vidinė kūno energija.

Šilumos kiekis, reikalingas kūnui lydymosi temperatūroje iš kieto virsti skystu, vadinamas sintezės šiluma.

Kūno kietėjimo procese, atvirkščiai, mažėja vidinė kūno energija. Kūnas atiduoda šilumą aplinkiniams kūnams. Pagal energijos tvermės dėsnį, šilumos kiekis, kurį kūnas sugeria lydymosi metu (lydymosi temperatūroje), yra lygus šilumos kiekiui, kurį šis kūnas išskiria kietėjimo metu (esant stingimo temperatūrai).

Savitoji lydymosi šiluma

Lydymosi šiluma priklauso nuo tirpstančios medžiagos masės ir jos savybių. Lydymosi šilumos priklausomybė nuo medžiagos rūšies apibūdinama specifine šios medžiagos lydymosi šiluma.

Specifinė medžiagos lydymosi šiluma yra šios medžiagos kūno lydymosi šilumos ir kūno masės santykis.

Lydymosi šilumą pažymėkime K pl , kūno svorio raidė T ir savitoji lydymosi šiluma su raide λ . Tada

Taigi, norint išlydyti kristalinį kūno svėrimą m imant lydymosi taške, reikalingas šilumos kiekis, lygus

(8.8.2)

Kristalizacijos šiluma

Pagal energijos tvermės dėsnį, kūno kristalizacijos metu išsiskiriantis šilumos kiekis (esant kristalizacijos temperatūrai) yra lygus

(8.8.3)

Iš (8.8.1) formulės matyti, kad savitoji lydymosi šiluma, išreikšta SI, išreiškiama džauliais kilogramui.

Ledo lydymosi savitoji šiluma gana didelė: 333,7 kJ/kg. Savitoji švino lydymosi šiluma yra tik 23 kJ/kg, o aukso – 65,7 kJ/kg.

Formulės (8.8.2) ir (8.8.3) naudojamos sprendžiant šilumos balanso lygčių sudarymo uždavinius tais atvejais, kai kalbama apie kristalinių kūnų tirpimą ir kietėjimą.

Ledo tirpimo ir vandens kristalizacijos šilumos vaidmuo gamtoje

Šilumos sugėrimas tirpstant ledui ir jos išsiskyrimas vandeniui užšalus turi didelę įtaką oro temperatūros pokyčiams, ypač prie vandens telkinių. Tikriausiai visi pastebėjote, kad gausiai sningant dažniausiai pasidaro šilčiau.

Labai svarbu puiki vertė savitoji ledo lydymosi šiluma. Dar XVIII amžiaus pabaigoje. Škotų mokslininkas D. Blackas (1728-1799), atradęs tirpimo ir kristalizacijos karščio egzistavimą, rašė: „Jei ledas neturėtų reikšmingos lydymosi šilumos, tai pavasarį turėtų ištirpti visa ledo masė. per kelias minutes ar sekundes, nes šiluma iš oro nuolat perduodama ledui. Bet tada to pasekmės būtų siaubingos: juk net ir dabartinėje situacijoje dideli potvyniai ir stiprūs vandens srautai, kai tirpsta didelės ledo ir sniego masės.

Kosminės raketos antgalis

Pateiksime įdomų techninį sintezės ir garavimo šilumos panaudojimo praktinį pavyzdį. Gaminant antgalį kosminei raketai, reikia atsižvelgti į tai, kad iš raketos antgalio išeinančio dujų srauto temperatūra yra apie 4000 °C. Gamtoje praktiškai nėra medžiagų, kurios gryna forma galėtų atlaikyti tokią temperatūrą. Todėl jūs turite griebtis įvairiausių gudrybių, kad atvėsintumėte purkštuko medžiagą degalų degimo metu.

Antgalis pagamintas miltelių metalurgijos būdu. Ugniai atsparūs metalo milteliai (volframas) dedami į formos ertmę. Tada jis yra suspaudžiamas. Milteliai sukepinami, todėl susidaro porėta struktūra kaip pemza. Tada ši „pemza“ impregnuojama variu (jo lydymosi temperatūra yra tik 1083 ° C).

Gauta medžiaga vadinama pseudolydiniu. 8.31 paveiksle pavaizduota pseudolydinio mikrostruktūros nuotrauka. Baltame volframo rėmo fone matomi netaisyklingos formos variniai intarpai. Šis lydinys, neįtikėtinai, gali veikti trumpai net esant kuro degimo metu susidarančių dujų temperatūrai, t.y. aukštesnei nei 4000°C.

Tai vyksta taip. Iš pradžių lydinio temperatūra didėja, kol pasiekia vario lydymosi tašką t 1 (8.32 pav.). Po to purkštuko temperatūra nepasikeis, kol visas varis neištirps (laiko intervalas nuo τ 1 iki τ 2 ). Vėliau temperatūra vėl didėja, kol varis užverda. Tai atsitinka esant temperatūrai t 2 = 2595 °C, žemesnė nei volframo lydymosi temperatūra (3380 °C). Kol visas varis neužvirs, purkštuko temperatūra vėl nepasikeis, nes garuojantis varis ima šilumą iš volframo (laiko intervalas nuo τ 3 iki τ 4 ). Žinoma, antgalis neveiks ilgą laiką. Variui išgaravus, volframas vėl pradės kaisti. Tačiau raketos variklis veikia tik kelias minutes, o per tą laiką antgalis nespės perkaisti ir ištirpti.