Удельная теплота плавления

Время: с 1.24

Сегодня на уроке мы узнаем особенности фазовых переходов и удельных теплоты процессов. Определим уравнения, описывающие фазовые переходы, а также, изучим горение топлива. Таймкод: 0:00 Тема и план урока 0:18 Фазовые переходы 0:30 Газ - Жидкость 1:00 Жидкость - Твёрдое 1:24 Удельные теплоты 1:40 Сгорание топлива 1:51 Удельная теплота сгорания 2:04 Уравнение теплового баланса 3:13 Примеры задач 5:04 Итоги Понравилось, как преподаватель объясняет материал? Получи ещё больше полезного контента о подготовке к экзаменам в наших соц.сетях: https://clck.ru/Zr7kn - канал в Дзене, где разбираем сложные темы в образовании https://vk.com/domy24 - паблик ВК, в котором постоянно проводят розыгрыши и конкурсы А обо всём, что мы делаем, можно узнать у нас на сайте: https://center-think.ru/

Пусть в начальный момент времени (точка A на графике) тело является кристаллическим и имеет некоторую температуру tA.

Рисунок 1. График плавления

Затем к телу начинает подводиться тепло (скажем, тело поместили в плавильную печь), и температура тела повышается до величины tпл — температуры плавления данного вещества. Это участок AB графика. На участке AB тело получает количество теплоты:

где c — удельная теплоёмкость вещества твёрдого тела, m — масса тела. При достижении температуры плавления (в точке B) ситуация качественно меняется. Несмотря на то, что тепло продолжает подводиться, температура тела остаётся неизменной! На участке BC происходит плавление тела — его постепенный переход из твёрдого состояния в жидкое.

Внутри участка BC мы имеем смесь твёрдого вещества и жидкости, и чем ближе к точке C, тем меньше остаётся твёрдого вещества и тем больше появляется жидкости. Наконец, в точке C от исходного твёрдого тела не осталось ничего: оно полностью превратилось в жидкость. Участок CD соответствует дальнейшему нагреванию жидкости (или, как говорят, расплава). На этом участке жидкость поглощает количество теплоты

Но нас сейчас больше всего интересует BC — участок фазового перехода. Почему не меняется температура смеси на этом участке? Тепло-то подводится!

Вернёмся назад, к началу процесса нагревания. Повышение температуры твёрдого тела на участке AB есть результат возрастания интенсивности колебаний его частиц в узлах кристаллической решётки: подводимое тепло идёт на увеличение кинетической энергии частиц тела.

Кристаллическая решётка расшатывается всё сильнее и сильнее, и при температуре плавления размах колебаний достигает той предельной величины, при которой силы притяжения между частицами ещё способны обеспечивать их упорядоченное расположение друг относительно друга. Твёрдое тело начинает «трещать по швам», и дальнейшее нагревание разрушает кристаллическую решётку — так начинается плавление на участке BC.

С этого момента всё подводимое тепло идёт на совершение работы по разрыву связей, удерживающих частицы в узлах кристаллической решётки, т. е. на увеличение потенциальной энергии частиц. Кинетическая энергия частиц при этом остаётся прежней, так что температура тела не меняется. В точке C кристаллическая структура исчезает полностью, разрушать больше нечего, и подводимое тепло снова идёт на увеличение кинетической энергии частиц — на нагревание расплава.

Удельная теплота плавления

Итак, для превращения твёрдого тела в жидкость мало довести его до температуры плавления. Необходимо дополнительно (уже при температуре плавления) сообщить телу некоторое количество теплоты Qпл для полного разрушения кристаллической решётки (т. е. для прохождения участка BC).

Это количество теплоты идёт на увеличение потенциальной энергии взаимодействия частиц. Следовательно, внутренняя энергия расплава в точке C больше внутренней энергии твёрдого тела в точке B на величину Qпл.

Опыт показывает, что величина Qпл прямо пропорциональна массе тела:

Коэффициент пропорциональности λ не зависит от формы и размеров тела и является характеристикой вещества. Он называется удельной теплотой плавления вещества. Удельную теплоту плавления данного вещества можно найти в таблицах.

Удельная теплота плавления численно равна количеству теплоты, необходимому для превращения в жидкость одного килограмма данного кристаллического вещества, доведённого до температуры плавления.

Так, удельная теплота плавления льда равна 340 кДж/кг, свинца — 25 кДж/кг. Мы видим, что для разрушения кристаллической решётки льда требуется почти в 14 раз больше энергии! Лёд относится к веществам с большой удельной теплотой плавления и поэтому весной тает не сразу.