Për të shkrirë një substancë të fortë, ajo duhet të nxehet. Dhe kur ngrohni ndonjë trup, vihet re një veçori kurioze
E veçanta është kjo: temperatura e trupit rritet deri në pikën e shkrirjes dhe më pas ndalet derisa i gjithë trupi të kalojë në gjendje të lëngshme. Pas shkrirjes, temperatura fillon të rritet përsëri, nëse, natyrisht, ngrohja vazhdon. Domethënë ka një periudhë kohore gjatë së cilës ne e ngrohim trupin, por ai nuk nxehet. Ku shkon energjia e nxehtësisë që shpenzojmë? Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, duhet të shohim brenda trupit.
Në një të ngurtë, molekulat janë të rregulluara në në një rend të caktuar në formë kristalesh. Ata praktikisht nuk lëvizin, vetëm duke u lëkundur pak në vend. Në mënyrë që një substancë të kthehet në një gjendje të lëngshme, molekulave duhet t'u jepet energji shtesë në mënyrë që ato të mund t'i shpëtojnë tërheqjes së molekulave fqinje në kristale. Duke ngrohur trupin, ne u japim molekulave këtë energji të nevojshme. Dhe derisa të gjitha molekulat të marrin energji të mjaftueshme dhe të gjitha kristalet të shkatërrohen, temperatura e trupit nuk rritet. Eksperimentet tregojnë se substanca të ndryshme të së njëjtës masë kërkojnë sasi të ndryshme nxehtësie për ta shkrirë plotësisht.
Kjo do të thotë, ka një vlerë të caktuar nga e cila varet sa nxehtësi duhet të thithë një substancë që të shkrihet?. Dhe kjo vlerë është e ndryshme për substanca të ndryshme. Kjo sasi në fizikë quhet nxehtësia specifike e shkrirjes së një lënde. Përsëri, si rezultat i eksperimenteve, nxehtësia specifike e shkrirjes për substancave të ndryshme dhe të mbledhura në tabela të veçanta nga të cilat mund të nxirret ky informacion. Nxehtësia specifike e shkrirjes shënohet me shkronjën greke λ (lambda), dhe njësia matëse është 1 J/kg.
Formula për nxehtësinë specifike të shkrirjes
Nxehtësia specifike shkrirja gjendet me formulën:
ku Q është sasia e nxehtësisë e nevojshme për të shkrirë një trup me masë m.
Përsëri, nga eksperimentet dihet se kur substancat ngurtësohen, ato lëshojnë të njëjtën sasi nxehtësie që kërkohej për shkrirjen e tyre. Molekulat, duke humbur energjinë, formojnë kristale, duke mos qenë në gjendje t'i rezistojnë tërheqjes së molekulave të tjera. Dhe përsëri, temperatura e trupit nuk do të ulet derisa i gjithë trupi të ngurtësohet, dhe derisa të lëshohet e gjithë energjia që është shpenzuar për shkrirjen e tij. Kjo do të thotë, nxehtësia specifike e shkrirjes tregon se sa energji duhet të shpenzohet për të shkrirë një trup me masë m dhe sa energji do të lirohet kur ky trup të ngurtësohet.
Për shembull, nxehtësia specifike e shkrirjes së ujit në gjendje të ngurtë, domethënë nxehtësia specifike e shkrirjes së akullit është 3.4 * 105 J/kg. Këto të dhëna ju lejojnë të llogarisni se sa energji kërkohet për të shkrirë akullin e çdo mase. Duke ditur gjithashtu kapacitetin specifik të nxehtësisë së akullit dhe ujit, mund të llogarisni saktësisht se sa energji kërkohet për një proces të caktuar, për shembull, shkrirja e akullit me peshë 2 kg dhe temperatura - 30˚C dhe vënia e ujit që rezulton në një valë. Një informacion i tillë për substanca të ndryshme është shumë i nevojshëm në industri për të llogaritur kostot reale të energjisë në prodhimin e çdo malli.
Kemi parë që një enë me akull dhe ujë të sjellë në një dhomë të ngrohtë nuk nxehet derisa të shkrihet i gjithë akulli. Në këtë rast, uji merret nga akulli në të njëjtën temperaturë. Në këtë kohë, nxehtësia derdhet në përzierjen e ujit të akullit dhe, për rrjedhojë, energjia e brendshme kjo përzierje rritet. Nga kjo duhet të konkludojmë se energjia e brendshme e ujit në është më e madhe se energjia e brendshme e akullit në të njëjtën temperaturë. Sepse energjia kinetike molekulat, uji dhe akulli janë të njëjta, atëherë rritja e energjisë së brendshme gjatë shkrirjes është një rritje e energjisë potenciale të molekulave.
Përvoja tregon se sa më sipër është e vërtetë për të gjithë kristalet. Gjatë shkrirjes së një kristali, është e nevojshme të rritet vazhdimisht energjia e brendshme e sistemit, ndërsa temperatura e kristalit dhe e shkrirjes mbetet e pandryshuar. Në mënyrë tipike, një rritje e energjisë së brendshme ndodh kur një sasi e caktuar nxehtësie transferohet në kristal. I njëjti qëllim mund të arrihet duke bërë punë, për shembull me fërkim. Pra, energjia e brendshme e një shkrirjeje është gjithmonë më e madhe se energjia e brendshme e së njëjtës masë kristalesh në të njëjtën temperaturë. Kjo do të thotë se renditja e renditur e grimcave (në gjendje kristalore) korrespondon me energji më të ulët se renditja e çrregullt (në shkrirje).
Sasia e nxehtësisë e nevojshme për të shndërruar një masë njësi të një kristali në një shkrirje me të njëjtën temperaturë quhet nxehtësia specifike e shkrirjes së kristalit. Shprehet në xhaul për kilogram.
Kur një substancë ngurtësohet, nxehtësia e shkrirjes lirohet dhe transferohet në trupat përreth.
Përcaktimi i nxehtësisë specifike të shkrirjes së trupave zjarrdurues (trupa me pikë shkrirjeje të lartë) nuk është një detyrë e lehtë. Nxehtësia specifike e shkrirjes së një kristali me shkrirje të ulët si akulli mund të përcaktohet duke përdorur një kalorimetër. Derdhja e një sasie të caktuar uji në një temperaturë të caktuar në kalorimetër dhe hedhja e tij në të masë e njohur akulli që tashmë ka filluar të shkrihet, d.m.th. ka temperaturë, prisni derisa të shkrihet i gjithë akulli dhe temperatura e ujit në kalorimetër të marrë një vlerë konstante. Duke përdorur ligjin e ruajtjes së energjisë, ne do të hartojmë një ekuacion të bilancit të nxehtësisë (§ 209), i cili na lejon të përcaktojmë nxehtësinë specifike të shkrirjes së akullit.
Le të jetë masa e ujit (përfshirë ekuivalentin e ujit të kalorimetrit) të barabartë me masën e akullit - , kapacitetin specifik të nxehtësisë së ujit - , temperaturën fillestare të ujit - , temperaturën përfundimtare - , nxehtësinë specifike të shkrirjes së akullit - . Ekuacioni bilanci i nxehtësisë duket si
.
Në tabelë Tabela 16 tregon nxehtësinë specifike të shkrirjes së disa substancave. Vlen të përmendet nxehtësia e lartë e shkrirjes së akullit. Kjo rrethanë është shumë e rëndësishme, pasi ngadalëson shkrirjen e akullit në natyrë. Nëse nxehtësia specifike e shkrirjes do të ishte shumë më e ulët, përmbytjet e pranverës do të ishin shumë herë më të forta. Duke ditur nxehtësinë specifike të shkrirjes, ne mund të llogarisim se sa nxehtësi nevojitet për të shkrirë çdo trup. Nëse trupi tashmë është ngrohur deri në pikën e shkrirjes, atëherë nxehtësia duhet të shpenzohet vetëm për ta shkrirë atë. Nëse ka një temperaturë nën pikën e shkrirjes, atëherë ende duhet të shpenzoni nxehtësi për ngrohje.
Tabela 16.
|
Substanca |
Substanca |
||
Nxehtësia specifike e shkrirjes është sasia e nxehtësisë që kërkohet për të shkrirë një gram të një lënde. Nxehtësia specifike e shkrirjes matet në xhaul për kilogram dhe llogaritet si koeficient i sasisë së nxehtësisë pjesëtuar me masën e substancës shkrirje.
Nxehtësia specifike e shkrirjes për substanca të ndryshme
Substanca të ndryshme kanë nxehtësi të ndryshme specifike të shkrirjes.
Alumini - metal ngjyrë argjendi. Është e lehtë për t'u përpunuar dhe përdoret gjerësisht në teknologji. Nxehtësia e tij specifike e shkrirjes është 290 kJ/kg.
Hekuri është gjithashtu një metal, një nga më të zakonshmet në Tokë. Hekuri përdoret gjerësisht në industri. Nxehtësia e tij specifike e shkrirjes është 277 kJ/kg.
Ari është një metal fisnik. Përdoret në bërjen e bizhuterive, në stomatologji dhe farmakologji. Nxehtësia specifike e shkrirjes së arit është 66.2 kJ/kg.
Argjendi dhe platini - gjithashtu metale të çmuara. Ato përdoren në prodhim bizhuteri, në teknologji dhe mjekësi. Nxehtësia specifike është 101 kJ/kg dhe ajo e argjendit është 105 kJ/kg.
Kallaji është një metal me shkrirje të ulët gri. Përdoret gjerësisht në saldimet, për prodhimin e llamarinës dhe në prodhimin e bronzit. Nxehtësia specifike është 60.7 kJ/kg.
Mërkuri është një metal i lëvizshëm që ngrin në -39 gradë. Është i vetmi metal që kushte normale ekziston në gjendje e lëngët. Merkuri përdoret në metalurgji, mjekësi, teknologji, industria kimike. Nxehtësia e tij specifike e shkrirjes është 12 kJ/kg.
Akulli është faza e ngurtë e ujit. Nxehtësia e tij specifike e shkrirjes është 335 kJ/kg.
Naftalinë - lëndë organike, të ngjashme në vetitë kimike Me . Shkrihet në 80 gradë dhe ndizet spontanisht në 525 gradë. Naftalina përdoret gjerësisht në industrinë kimike, farmaceutike, prodhim eksplozivëve dhe ngjyra. Nxehtësia specifike e shkrirjes së naftalinës është 151 kJ/kg.
Gazrat e metanit dhe propanit përdoren si bartës të energjisë dhe shërbejnë si lëndë të para në industrinë kimike. Nxehtësia specifike e shkrirjes së metanit është 59 kJ/kg, dhe - 79,9 kJ/kg.
Në këtë mësim do të studiojmë konceptin e "nxehtësisë specifike të shkrirjes". Kjo vlerë karakterizon sasinë e nxehtësisë që duhet t'i jepet 1 kg substancë në pikën e shkrirjes në mënyrë që ajo të kalojë nga një gjendje e ngurtë në një gjendje të lëngshme (ose anasjelltas).
Ne do të studiojmë formulën për gjetjen e sasisë së nxehtësisë që është e nevojshme për shkrirjen (ose lirohet gjatë kristalizimit) të një lënde.
Tema: Gjendjet agregate të materies
Mësimi: Nxehtësia specifike e shkrirjes
Ky mësim i kushtohet karakteristikës kryesore të shkrirjes (kristalizimit) të një substance - nxehtësisë specifike të shkrirjes.
Në mësimin e fundit trajtuam pyetjen: si ndryshon energjia e brendshme e një trupi gjatë shkrirjes?
Zbuluam se kur shtohet nxehtësia, energjia e brendshme e trupit rritet. Në të njëjtën kohë, ne e dimë se energjia e brendshme e një trupi mund të karakterizohet nga një koncept i tillë si temperatura. Siç e dimë tashmë, temperatura nuk ndryshon gjatë shkrirjes. Prandaj mund të lindë dyshimi se kemi të bëjmë me një paradoks: energjia e brendshme rritet, por temperatura nuk ndryshon.
Shpjegimi për këtë fakt është mjaft i thjeshtë: e gjithë energjia shpenzohet për shkatërrim rrjetë kristali. Procesi i kundërt është i ngjashëm: gjatë kristalizimit, molekulat e një lënde kombinohen në një sistem të vetëm, ndërsa energjia e tepërt lëshohet dhe absorbohet nga mjedisi i jashtëm.
Si rezultat i eksperimenteve të ndryshme, ishte e mundur të vërtetohej se për të njëjtën substancë kërkohet sasi të ndryshme ngrohjes për ta ndryshuar atë nga e ngurtë në të lëngshme.
Pastaj u vendos që këto sasi të nxehtësisë të krahasoheshin me të njëjtën masë të substancës. Kjo çoi në shfaqjen e një karakteristike të tillë si nxehtësia specifike e shkrirjes.
Përkufizimi
Nxehtësia specifike e shkrirjes- sasia e nxehtësisë që duhet t'i jepet 1 kg një lënde e ngrohur deri në pikën e shkrirjes për ta transferuar atë nga një gjendje e ngurtë në një gjendje të lëngshme.
E njëjta sasi lirohet gjatë kristalizimit të 1 kg lëndë.
Tregohet nxehtësia specifike e shkrirjes ( shkronja greke, lexohet si "lambda" ose "lambda").
Njësitë matëse: . NË në këtë rast nuk ka temperaturë në dimension, pasi gjatë shkrirjes (kristalizimit) temperatura nuk ndryshon.
Për të llogaritur sasinë e nxehtësisë së nevojshme për shkrirjen e një substance, përdoret formula:
Sasia e nxehtësisë (J);
Nxehtësia specifike e shkrirjes (, e cila kërkohet në tabelë;
Masa e substancës.
Kur një trup kristalizohet, ai shkruhet me shenjën “-”, pasi lirohet nxehtësia.
Një shembull është nxehtësia specifike e shkrirjes së akullit:
. Ose nxehtësia specifike e shkrirjes së hekurit:
.
Fakti që nxehtësia specifike e shkrirjes së akullit doli të ishte më e madhe se nxehtësia specifike e shkrirjes së hekurit nuk duhet të jetë befasuese. Sasia e nxehtësisë që kërkon një substancë e veçantë për shkrirjen varet nga karakteristikat e substancës, në veçanti, nga energjia e lidhjeve midis grimcave të kësaj substance.
Në këtë mësim ne shikuam konceptin e nxehtësisë specifike të shkrirjes.
Në mësimin tjetër do të mësojmë se si të zgjidhim problemet që përfshijnë ngrohjen dhe shkrirjen e trupave kristalorë.
Referencat
- Gendenshtein L. E., Kaidalov A. B., Kozhevnikov V. B. Fizikë 8 / Ed. Orlova V. A., Roizena I. I. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Fizikë 8. - M.: Bustard, 2010.
- Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Fizikë 8. - M.: Edukimi.
- Fizika, mekanika, etj ().
- Fizika e lezetshme ().
- Portali në internet Kaf-fiz-1586.narod.ru ().
Detyrë shtëpie
Gjatë shkrirjes, rrjeta hapësinore shkatërrohet trup kristalor. Ky proces kërkon një sasi të caktuar energjie nga një burim i jashtëm. Si rezultat, energjia e brendshme e trupit rritet gjatë procesit të shkrirjes.
Sasia e nxehtësisë e nevojshme që një trup të ndryshojë nga e ngurtë në të lëngshme në pikën e shkrirjes quhet nxehtësia e shkrirjes.
Në procesin e ngurtësimit të trupit, përkundrazi, energjia e brendshme e trupit zvogëlohet. Trupi u jep nxehtësi trupave përreth. Sipas ligjit të ruajtjes së energjisë, sasia e nxehtësisë së përthithur nga një trup gjatë shkrirjes (në temperaturën e shkrirjes) është e barabartë me sasinë e nxehtësisë që lëshohet nga ky trup gjatë ngurtësimit (në temperaturën e ngurtësimit).
Nxehtësia specifike e shkrirjes
Nxehtësia e shkrirjes varet nga masa e substancës shkrirje dhe vetitë e saj. Varësia e nxehtësisë së shkrirjes nga lloji i substancës karakterizohet nga nxehtësia specifike e shkrirjes së kësaj substance.
Nxehtësia specifike e shkrirjes së një lënde është raporti i nxehtësisë së shkrirjes së një trupi të kësaj lënde me masën e trupit.
Le të shënojmë nxehtësinë e shkrirjes me P pl , shkronja e peshës trupore T dhe nxehtësia specifike e shkrirjes me shkronjën λ . Pastaj
Kështu, në mënyrë që të shkrihet një trup kristalor peshon m, e marrë në pikën e shkrirjes, kërkohet një sasi nxehtësie e barabartë me
(8.8.2)
Nxehtësia e kristalizimit
Sipas ligjit të ruajtjes së energjisë, sasia e nxehtësisë që çlirohet gjatë kristalizimit të një trupi (në temperaturën e kristalizimit) është e barabartë me
(8.8.3)
Nga formula (8.8.1) rezulton se nxehtësia specifike e shkrirjes në SI shprehet në xhaul për kilogram.
Nxehtësia specifike e shkrirjes së akullit është mjaft e lartë: 333.7 kJ/kg. Nxehtësia specifike e shkrirjes së plumbit është vetëm 23 kJ/kg dhe ajo e arit është 65,7 kJ/kg.
Formulat (8.8.2) dhe (8.8.3) përdoren gjatë zgjidhjes së problemeve të hartimit të ekuacioneve të bilancit të nxehtësisë në rastet kur kemi të bëjmë me shkrirjen dhe ngurtësimin e trupave kristalorë.
Roli i nxehtësisë së shkrirjes së akullit dhe kristalizimit të ujit në natyrë
Thithja e nxehtësisë kur shkrihet akulli dhe lirimi i saj kur uji ngrin kanë një ndikim të rëndësishëm në ndryshimet e temperaturës së ajrit, veçanërisht pranë trupave ujorë. Me siguri të gjithë e keni vënë re se gjatë reshjeve të mëdha të borës zakonisht bëhet më e ngrohtë.
Shumë e rëndësishme vlerë të madhe nxehtësia specifike e shkrirjes së akullit. Në fund të shekullit të 18-të. Shkencëtari skocez D. Black (1728-1799), i cili zbuloi ekzistencën e nxehtësisë së shkrirjes dhe kristalizimit, shkroi: "Nëse akulli nuk do të kishte një nxehtësi të konsiderueshme shkrirjeje, atëherë në pranverë e gjithë masa e akullit do të duhej të shkrihej. në pak minuta ose sekonda, pasi nxehtësia nga ajri transferohet vazhdimisht në akull. Por atëherë pasojat e kësaj do të ishin të tmerrshme: në fund të fundit, edhe në situatën aktuale, përmbytje të mëdha dhe rrjedha të forta uji kur masa të mëdha akulli dhe bore shkrihen.”
Grykë rakete hapësinore
Le të japim një shembull teknik interesant të përdorimit praktik të nxehtësisë së shkrirjes dhe avullimit. Kur bëni një grykë për një raketë hapësinore, duhet të merret parasysh që rryma e gazrave që dalin nga gryka e raketës ka një temperaturë prej rreth 4000 °C. Praktikisht nuk ka materiale në natyrë që, në formën e tyre të pastër, mund t'i rezistojnë temperaturave të tilla. Prandaj, duhet të përdorni të gjitha llojet e trukeve për të ftohur materialin e hundës gjatë djegies së karburantit.
Gryka është bërë nga metalurgjia pluhur. Pluhuri metalik zjarrdurues (volframi) vendoset në zgavrën e kallëpit. Më pas i nënshtrohet kompresimit. Pluhuri shkrihet, duke rezultuar në një strukturë poroze si shtuf. Pastaj ky "shtuf" është i ngopur me bakër (pika e tij e shkrirjes është vetëm 1083 ° C).
Materiali që rezulton quhet pseudoaliazh. Figura 8.31 tregon një fotografi të mikrostrukturës së një pseudoaliazhi. Përfshirjet e bakrit me formë të parregullt janë të dukshme në sfondin e bardhë të kornizës së tungstenit. Kjo aliazh mund, jashtëzakonisht, të punojë për një kohë të shkurtër edhe në temperaturën e gazrave të formuar gjatë djegies së karburantit, pra mbi 4000°C.
Kjo ndodh si më poshtë. Fillimisht, temperatura e aliazhit rritet derisa të arrijë pikën e shkrirjes së bakrit t 1 (Fig. 8.32). Pas kësaj, temperatura e grykës nuk do të ndryshojë derisa i gjithë bakri të shkrihet (intervali kohor nga τ 1 te τ 2 ). Më pas, temperatura rritet përsëri derisa bakri të vlojë. Kjo ndodh në temperaturë t 2 = 2595 °C, më e ulët se pika e shkrirjes së tungstenit (3380 °C). Derisa i gjithë bakri të vlojë, temperatura e grykës nuk do të ndryshojë përsëri, pasi bakri që avullohet merr nxehtësinë nga tungsteni (intervali kohor nga τ 3 te τ 4 ). Natyrisht, gryka nuk do të funksionojë për një kohë të gjatë. Pasi bakri të avullojë, tungsteni do të fillojë të nxehet përsëri. Sidoqoftë, motori i raketës funksionon vetëm për disa minuta, dhe gjatë kësaj kohe gryka nuk do të ketë kohë të nxehet dhe shkrihet.
