Питома теплота плавлення
У попередньому параграфі ми розглядали графік плавлення і затвердіння льоду. З графіка видно, що, поки лід плавиться, температура його не змінюється. І лише після того, як весь лід розплавиться, температура утворюваної рідини починає підвищуватися. Але ж і під час процесу плавлення лід отримує енергію від згораючого в нагрівачі палива. А із закону збереження енергії випливає, що вона не може зникнути. На що ж витрачається енергія палива під час плавлення?
Ми знаємо, що в кристалах молекули (або атоми) розташовані в строгому порядку. Однак і в кристалах вони знаходяться в тепловому русі (коливаються). При нагріванні тіла середня швидкість руху молекул зростає. Отже, зростає і їх середня кінетична енергія і температура. Внаслідок цього розмах коливань молекул (або атомів) збільшується. Коли тіло нагріється до температури плавлення, то порушиться порядок в розташуванні частинок в кристалах. Кристали втрачають свою форму. Речовина плавиться, переходячи з твердого стану в рідкий.
Отже, вся енергія, яку отримує кристалічне тіло після того, як воно вже підігріте до температури плавлення, витрачається на руйнування кристала. У зв’язку з цим температура тіла перестає підвищуватися.
Досліди показують, що для перетворення різних кристалічних речовин однієї і тієї ж маси в рідину при температурі плавлення потрібна різна кількість теплоти.
Фізична величина, що показує, яку кількість теплоти необхідно повідомити кристалічному тілу масою 1 кг, щоб при температурі плавлення повністю перевести його в рідкий стан, називається питомою теплотою плавлення.
Питому теплоту плавлення позначають Λ (грец. Буква “лямбда”). Її одиниця – 1 Дж/кг.
Визначають питому теплоту плавлення на досвіді. Так, було встановлено, що питома теплота плавлення льоду дорівнює 3,4 – 105 -. Це означає, що для перетворення шматка льоду масою 1 кг, взятого при 0°С, у воду такої ж температури потрібно затратити 3,4 – 105 Дж енергії. А щоб розплавити брусок із свинцю масою 1 кг, взятого при його температурі плавлення, буде потрібно затратити 2,5 – 104 Дж енергії.
Отже, при температурі плавлення внутрішня енергія речовини в рідкому стані більше внутрішньої енергії такої ж маси речовини в твердому стані.
Щоб обчислити кількість теплоти Q, необхідну для плавлення кристалічного тіла масою т, взятого при його температурі плавлення і нормальному атмосферному тиску, потрібно питому теплоту плавлення Λ помножити на масу тіла m:
Q = ΛM.
З цієї формули можна визначити, що
Λ = Q/m, m = Q/Λ
Досліди показують, що при твердінні кристалічної речовини виділяється точно така ж кількість теплоти, що поглинається при його плавленні. Так, при твердінні води масою 1 кг при температурі 0°С виділяється кількість теплоти, рівна 3,4 – 105 Дж. Точно таку ж кількість теплоти потрібно і для плавлення льоду масою 1 кг при температурі 0°С.
При твердінні речовини все відбувається в зворотному порядку. Швидкість, а значить, і середня кінетична енергія молекул в охолодженій розплавленій речовині зменшуються. Сили тяжіння тепер можуть утримувати повільно рухаючі молекули один біля одного. Внаслідок цього розташування частинок стає впорядкованим – утворюється кристал. Виділяюча при кристалізації енергія витрачається на підтримку постійної температури.
Кристалізація полегшується, якщо в рідині з самого початку присутні які-небудь сторонні частинки, наприклад пилинки. Вони стають центрами кристалізації. У звичайних умовах в рідині є безліч центрів кристалізації, біля яких і відбувається утворення кристаликів.
При кристалізації відбувається виділення енергії і передача її оточуючим тілам.
Кількість теплоти, що виділяється при кристалізації тіла масою т, визначається також за формулою
Q = ΛM.
Внутрішня енергія тіла при цьому зменшується.
Приклад. Для приготування чаю турист поклав в казанок лід масою 2 кг, що має температуру 0°С. Яка кількість теплоти необхідна для перетворення цього льоду в окріп при температурі 100°С? Енергію, витрачену на нагрівання казанка, не враховувати.
(2 votes, average: 3.50 out of 5)