Өмнөх догол мөрөнд бид мөс хайлах, хатуурах графикийг авч үзсэн. Графикаас харахад мөс хайлж байх үед түүний температур өөрчлөгддөггүй (18-р зургийг үз). Зөвхөн бүх мөс хайлж дууссаны дараа үүссэн шингэний температур нэмэгдэж эхэлдэг. Гэхдээ хайлах явцад ч гэсэн мөс нь халаагуурт шатаж буй түлшнээс эрчим хүч авдаг. Мөн энерги хадгалагдах хуулиас харахад энэ нь алга болохгүй. Хайлах явцад түлшний энерги юунд зарцуулагддаг вэ?
Кристалд молекулууд (эсвэл атомууд) байрладаг гэдгийг бид мэднэ хатуу дэг журам. Гэсэн хэдий ч талстуудад ч гэсэн тэдгээр нь дулааны хөдөлгөөнд (хэлбэлзэл) байдаг. Бие нь халах үед дундаж хурдмолекулын хөдөлгөөн нэмэгддэг. Үүний үр дүнд тэдний дундаж хэмжээ нэмэгддэг кинетик энергиба температур. График дээр энэ нь AB хэсэг (18-р зургийг үз). Үүний үр дүнд молекулуудын (эсвэл атомуудын) чичиргээний хүрээ нэмэгддэг. Бие нь хайлах температур хүртэл халах үед талст дахь хэсгүүдийн зохион байгуулалтын дараалал алдагддаг. Кристалууд хэлбэрээ алддаг. Бодис хайлж, хатуу төлөвөөс шингэн төлөвт шилждэг.
Иймээс талст биеийг аль хэдийн хайлах цэг хүртэл халаасны дараа хүлээн авсан бүх энерги нь талстыг устгахад зарцуулагддаг. Үүнтэй холбоотойгоор биеийн температур нэмэгдэхээ болино. График дээр (18-р зургийг үз) энэ нь МЭӨ хэсэг юм.
Туршилтаас харахад ижил масстай янз бүрийн талст бодисыг хайлах цэг дээр шингэн болгон хувиргах шаардлагатай. өөр өөр тоо хэмжээдулаан.
1 кг жинтэй талст биеийг хайлах цэг дээр бүрэн шингэн төлөвт шилжүүлэхийн тулд түүнд хэр их дулаан өгөх шаардлагатайг харуулсан физик хэмжигдэхүүнийг хайлах тусгай дулаан гэнэ.
Нэгдлийн хувийн дулааныг λ (Грек үсгээр "lambda") гэж тэмдэглэнэ. Түүний нэгж нь 1 Дж / кг байна.
Хайлуулах тусгай дулааныг туршилтаар тодорхойлно. Ийнхүү мөсний хайлах хувийн дулаан нь 3.4 10 5 - болохыг тогтоожээ. Энэ нь 0 ° C-т авсан 1 кг жинтэй мөсийг ижил температуртай ус болгон хувиргахад 3.4 10 5 Ж энерги шаардагдана гэсэн үг юм. Хайлах температурт авсан 1 кг жинтэй хар тугалганы блокыг хайлуулахын тулд та 2.5 10 4 Ж энерги зарцуулах шаардлагатай болно.
Тиймээс хайлах температурт дотоод энергидахь бодисууд шингэн төлөвхатуу төлөвт байгаа ижил массын илүү их дотоод энерги.
Хайлахад шаардагдах Q дулааны хэмжээг тооцоолох талст биемасс t, түүний хайлах цэг дээр авсан ба хэвийн агаарын даралт, та хайлуулах тусгай дулааныг λ биеийн масс m-ээр үржүүлэх хэрэгтэй:
Энэ томъёоноос үүнийг тодорхойлж болно
λ = Q / m, m = Q / λ
Туршилтаас харахад хатуурах үед талст бодисхайлах явцад шингэсэн яг ижил хэмжээний дулаан ялгардаг. Тиймээс 1 кг жинтэй ус 0 ° C температурт хатуурахад 3.4 10 5 Ж-тэй тэнцэх хэмжээний дулаан ялгардаг. 1 кг жинтэй мөсийг 0 ° C температурт хайлахад яг ижил хэмжээний дулаан шаардагдана. .
Бодис хатуурах үед бүх зүйл дотор нь болдог урвуу дараалал. Хөргөсөн хайлсан бодис дахь молекулуудын хурд, улмаар дундаж кинетик энерги буурдаг. Таталцлын хүч нь удаан хөдөлж буй молекулуудыг бие биентэйгээ ойртуулж чаддаг. Үүний үр дүнд бөөмсийн зохион байгуулалт эмх цэгцтэй болдог - болор үүсдэг. Талсжих явцад ялгарах энерги нь хадгалахад зарцуулагддаг тогтмол температур. График дээр энэ нь EF хэсэг юм (18-р зургийг үз).
Шингэн дотор тоосны тоосонцор гэх мэт гадны тоосонцор анхнаасаа л байвал талсжилтыг хөнгөвчилдөг. Тэд талстжих төв болдог. Хэвийн нөхцөлд шингэнд олон талстжих төвүүд байдаг бөгөөд тэдгээрийн эргэн тойронд талстууд үүсдэг.
Хүснэгт 4.
Тодорхой дулаанзарим бодис хайлах (хэвийн атмосферийн даралттай үед)
Талсжих явцад энерги ялгарч, хүрээлэн буй бие рүү шилждэг.
m масстай биеийг талсжуулах явцад ялгарах дулааны хэмжээг мөн томъёогоор тодорхойлно
Биеийн дотоод энерги буурдаг.
Жишээ. Цай бэлтгэхийн тулд жуулчин 0 ° C температурт 2 кг мөсийг саванд хийнэ. Энэ мөсийг 100 0С-ийн температурт буцалж буй ус болгоход ямар хэмжээний дулаан шаардлагатай вэ? Бойлерыг халаахад зарцуулсан эрчим хүчийг тооцохгүй.
Хэрэв жуулчин мөсний оронд ижил масстай, ижил температуртай усыг мөсөн нүхнээс авбал ямар хэмжээний дулаан шаардагдах вэ?
Асуудлын нөхцөлийг бичээд шийдье.
Асуултууд
- Бодисын бүтцийн онол дээр үндэслэн биеийг хайлуулах үйл явцыг хэрхэн тайлбарлах вэ?
- Хайлах температур хүртэл халсан талст биеийг хайлахад түлшний энергийг юунд зарцуулдаг вэ?
- Нэгдлийн хувийн дулааныг юу гэж нэрлэдэг вэ?
- Бодисын бүтцийн онол дээр үндэслэн хатуурах үйл явцыг хэрхэн тайлбарлах вэ?
- Талст хатуу бодисыг хайлах цэг дээр нь хайлахад шаардагдах дулааны хэмжээг хэрхэн тооцох вэ?
- Хайлах цэгтэй биеийн талстжих явцад ялгарах дулааны хэмжээг хэрхэн тооцоолох вэ?
Дасгал 12
Дасгал хийх
- Хоёр ижил лаазыг зууханд хийнэ. Нэгд нь 0.5 кг жинтэй ус хийнэ, нөгөө рүү нь ижил масстай хэд хэдэн мөсөн шоо хийнэ. Хоёр лонхтой ус буцалгахад хэр хугацаа шаардагдахыг анхаарна уу. бичих богино тайланөөрийн туршлагын талаар болон үр дүнг тайлбарла.
- "Аморф биетүүд" гэсэн догол мөрийг уншина уу. Хайлж байна аморф биетүүд" Энэ талаар тайлан бэлтгэ.
Дулаан өрөөнд оруулсан мөс, устай сав бүх мөс хайлж дуустал халдаггүйг бид харсан. Энэ тохиолдолд ижил температурт мөсөөс усыг гаргаж авдаг. Энэ үед дулаан нь мөс-усны хольц руу урсаж, улмаар энэ хольцын дотоод энерги нэмэгддэг. Эндээс бид усны дотоод энерги нь ижил температурт мөсний дотоод энергиээс их байна гэсэн дүгнэлт хийх ёстой. Молекул, ус, мөсний кинетик энерги ижил байдаг тул хайлах үед дотоод энерги нэмэгдэх нь молекулуудын потенциал энергийн өсөлт юм.
Туршлагаас харахад дээрх бүх талстуудад үнэн зөв байдаг. Талстыг хайлуулах үед болор ба хайлмалын температур өөрчлөгдөхгүй байх үед системийн дотоод энергийг тасралтгүй нэмэгдүүлэх шаардлагатай. Ихэвчлэн тодорхой хэмжээний дулааныг болор руу шилжүүлэх үед дотоод энерги нэмэгддэг. Үүнтэй ижил зорилгод ажил хийх замаар, жишээлбэл, үрэлтийн замаар хүрч болно. Иймээс хайлмалын дотоод энерги нь ижил температурт ижил масстай талстуудын дотоод энергиээс үргэлж их байдаг. Энэ нь бөөмийн эмх цэгцтэй зохион байгуулалт (талст төлөвт) нь эмх замбараагүй зохион байгуулалтаас (хайлмал дахь) бага энергитэй тохирч байна гэсэн үг юм.
Кристалын нэгж массыг ижил температуртай хайлмал болгон хувиргахад шаардагдах дулааны хэмжээг болорын хайлалтын хувийн дулаан гэж нэрлэдэг. Энэ нь килограмм тутамд жоулаар илэрхийлэгдэнэ.
Бодис хатуурах үед хайлуулах дулаан ялгарч, хүрээлэн буй бие рүү шилждэг.
Галд тэсвэртэй биетүүдийн хайлах тусгай дулааныг тодорхойлох (хайлах температур өндөртэй биетүүд) нь тийм ч амар ажил биш юм. Мөс гэх мэт бага хайлдаг болор хайлуулах тусгай дулааныг калориметр ашиглан тодорхойлж болно. Калориметрт тодорхой температурт тодорхой хэмжээний ус асгаж, түүн рүү шиднэ мэдэгдэж буй массаль хэдийн хайлж эхэлсэн мөс, өөрөөр хэлбэл температуртай бол бүх мөс хайлж, калориметр дэх усны температур тогтмол утгыг авах хүртэл хүлээнэ үү. Эрчим хүчийг хадгалах хуулийг ашиглан бид дулааны тэнцвэрийн тэгшитгэлийг (§ 209) гаргах бөгөөд энэ нь мөсний хайлалтын хувийн дулааныг тодорхойлох боломжийг олгодог.
Усны массыг (калориметрийн усны эквивалентыг оруулаад) мөсний масс - , усны хувийн дулаан багтаамж - , усны анхны температур - , эцсийн температур - , мөс хайлах хувийн дулаантай тэнцүү байг. - . Тэгшитгэл дулааны тэнцвэршиг харагдаж байна
.
Хүснэгтэнд Хүснэгт 16-д зарим бодисын хайлах хувийн дулааныг харуулав. Анхаарах зүйл бол мөс хайлах өндөр дулаан юм. Энэ нөхцөл байдал нь байгаль дээрх мөс хайлах явцыг удаашруулдаг тул маш чухал юм. Хэрэв хайлуулах тусгай дулаан хамаагүй бага байсан бол хаврын үер хэд дахин хүчтэй байх байсан. Хайлтын тусгай дулааныг мэдсэнээр бид ямар ч биеийг хайлахад хэр их дулаан хэрэгтэйг тооцоолж болно. Хэрэв бие нь хайлах цэг хүртэл халсан бол зөвхөн хайлуулахын тулд дулааныг зарцуулах ёстой. Хэрэв энэ нь хайлах цэгээс доогуур температуртай бол халаахад дулаан зарцуулах шаардлагатай хэвээр байна.
Хүснэгт 16.
|
Бодис |
Бодис |
||
Хайлах температурхимийн цэвэр төмөр нь 1539 o C. Техникийн цэвэр төмөр, исэлдэлтийн цэвэршүүлгийн үр дүнд олж авсан, металд ууссан хүчилтөрөгчийн тодорхой хэмжээг агуулдаг. Энэ шалтгааны улмаас түүний хайлах цэг 1530 ° C хүртэл буурдаг.
Ган хайлах цэг нь төмрийн хайлах цэгээс үргэлж бага байдаг, учир нь түүнд хольц агуулагддаг. Төмөрт ууссан металууд (Mn, Cr, Ni. Co, Mo, V, гэх мэт) металлын хайлах цэгийг оруулсан элементийн 1% тутамд 1 - 3 o C, металлоидын бүлгийн элементүүд (C) -ээр бууруулдаг. , O, S, P гэх мэт) 30 – 80 o C температурт.
Ихэнх хүмүүсийн хувьд нийт хугацаахайлах үед металлын хайлах цэг нь нүүрстөрөгчийн агууламж өөрчлөгдсөний үр дүнд голчлон өөрчлөгддөг. Ган хайлуулах нэгжид хайлуулах ажлыг дуусгахад ердийн зүйл болох 0.1 - 1.2% нүүрстөрөгчийн агууламжтай үед металлын хайлах температурыг тэгшитгэлээс практик зорилгоор хангалттай нарийвчлалтайгаар тооцоолж болно.
Төмрийн хайлах дулаан 15200 Ж/моль буюу 271.7 кЖ/кг байна.
Төмрийн буцлах цэгхэвлэлд Сүүлийн жилүүдэд 2735 o C гэж өгөгдсөн. Гэсэн хэдий ч төмрийн буцлах температур хамаагүй өндөр (3230 o C хүртэл) гэсэн судалгааны үр дүн гарсан.
Төмрийн ууршилтын дулаан 352.5 кЖ/моль буюу 6300 кЖ/кг байна.
Даралт ханасан уурбулчирхай(P Fe , Pa) тэгшитгэлийг ашиглан тооцоолж болно
Энд T нь металлын температур, K.
үед төмрийн ханасан уурын даралтыг тооцоолох үр дүн өөр өөр температур, түүнчлэн метал дээрх исэлдүүлэгч хийн фазын тоосны агууламж ( X, г/м 3) Хүснэгт 1.1-д үзүүлэв.
Хүснэгт 1.1– Төмрийн ханасан уурын даралт ба хийн тоосны агууламж өөр өөр температур
Одоо байгаа ариун цэврийн стандартын дагуу агаар мандалд ялгарах хийн тоосны агууламж 0.1 г / м3-аас хэтрэхгүй байх ёстой. Хүснэгт 1.1-ийн өгөгдлөөс харахад 1600 хэмд металлын задгай гадаргуу дээрх хийн тоосны агууламж өндөр байна. хүлээн зөвшөөрөгдөх үнэ цэнэ. Тиймээс гол төлөв төмрийн ислээс бүрдэх хийг тоосноос цэвэрлэх нь зайлшгүй шаардлагатай.
Динамик зуурамтгай чанар. Коэффицент динамик зуурамтгай чанаршингэн () хамаарлаас тодорхойлогдоно
Энд F нь хоёр хөдөлж буй давхаргын харилцан үйлчлэлийн хүч, N;
S - давхаргын контактын талбай, м2;
– урсгалын чиглэлийн хэвийн шингэний давхаргын хурдны градиент, s -1.
Төмрийн хайлшийн динамик зуурамтгай чанар нь ихэвчлэн 0.001 - 0.005 Па с хооронд хэлбэлздэг. Түүний үнэ цэнэ нь температур, хольц, голчлон нүүрстөрөгчийн агууламжаас хамаарна. Металл хайлах цэгээс 25-30 хэмээс дээш халсан үед температурын нөлөөлөл тийм ч чухал биш юм.
Кинематик зуурамтгай чанаршингэн нь нэгж массын урсгал дахь импульсийн дамжуулалтын хурд юм. Үүний утгыг тэгшитгэлээс тодорхойлно
шингэний нягт хаана байна, кг/м3.
Шингэн төмрийн динамик зуурамтгай чанар нь ойролцоогоор 6 10 -7 м 2 / с байна.
Төмрийн нягтрал 1550 - 1650 o C температурт 6700 - 6800 кг / м 3-тай тэнцүү байна. Талсжих температурт шингэн металлын нягт 6850 кг/м3-тай ойролцоо байна. Талсжих температурт хатуу төмрийн нягт нь 7450 кг / м3, өрөөний температурт - 7800 кг / м3 байна.
Энгийн хольцоос хамгийн их нөлөөНүүрстөрөгч ба цахиур нь төмрийн хайлмалын нягтралд нөлөөлж, түүнийг бууруулдаг. Тиймээс ердийн найрлагатай шингэн цутгамал төмрийн нягт нь 6200-6400 кг / м3, өрөөний температурт хатуу ширэм нь 7000-7200 кг / м3 нягттай байдаг.
Шингэн ба хатуу гангийн нягт нь завсрын байрлалтөмрийн болон цутгамал төмрийн нягтын хооронд 6500 - 6600 ба 7500 - 7600 кг / м 3 байна.
Тодорхой дулаан шингэн металл нь температураас бараг хамааралгүй байдаг. Тооцооллын тооцоонд түүний утгыг цутгамал төмрийн хувьд 0.88 кЖ/(кг К), гангийн хувьд 0.84 кЖ/(кг К) тэнцүү авч болно.
Төмрийн гадаргуугийн хурцадмал байдалБайгаа хамгийн их утгаойролцоогоор 1550 о С-ийн температурт бүс нутагт түүнээс дээш ба бага температуртүүний хэмжээ багасна. Энэ нь төмрийг ихэнх металлуудаас ялгаж, бууралтаар тодорхойлогддог гадаргуугийн хурцадмал байдалтемператур нэмэгдэх тусам.
Шингэн төмрийн хайлшийн гадаргуугийн хурцадмал байдал нь хамааран өөр өөр байдаг химийн найрлагаба температур. Ихэвчлэн 1000-1800 мЖ/м2 хооронд хэлбэлздэг (Зураг 1.1).
