Каква е специфичната топлина на топене на стомана. Топене и кристализация

Графиката (фиг. 198) показва много ясно, че докато нафталинът се топи, температурата му не се променя. И едва след като всичко се разтопи, температурата на получената течност започва да се повишава.Но в края на краищата, дори по време на процеса на топене, нафталинът получава енергия от горивото, изгарящо в нагревателя. А от закона за запазване на енергията следва, че тя не може да изчезне. Каква е енергията на горивото, изразходвано по време на процеса на топене?

На този въпрос може да се отговори, ако си спомним, че по време на топенето настъпва разрушаването на кристала. Това е, което консумира енергия.

Следователно енергията, която едно кристално тяло получава, след тъй като вече е нагрят до точката си на топене,се изразходва за промяна на вътрешната си енергия по време на прехода към течно състояние.

Количеството топлина, необходимо за превръщане на твърдо кристално вещество с тегло 1 kg в течност при точката на топене, се нарича специфична топлина на топене.

специфична топлина топенето се измерва в J / kgи се означават с буквата λ.

Определете специфичната топлина на топене в експеримента. Така експериментално е установено, че специфичната топлина на топене на леда е 3,4·10 5 J/kg. Това означава, че за да се превърне парче лед с тегло 1 kg, взето при 0 ° C, във вода със същата температура, е необходимо да се изразходват 3,4 10 5 J.

Следователно при точката на топене вътрешната енергия на вещество с маса 1 kg в течно състояние по-вътрешноенергия на същата маса на вещество в твърдо състояние на специфична топлина на топене.

Например, вътрешната енергия на вода с тегло 1 kg при температура 0 ° C с 3,4 10 5 J повече вътрешна енергия на ледас тегло 1 кг при същата температура.

Пример. За да приготви кората, туристът слага в съда 2 кг лед, който има температура 0 ° C. Колко топлина необходимо за трансформиране на товалед във вряща вода при 100°C?

Колко топлина би била необходима, ако вместо лед турист вземе 2 kg вода от ледена дупка с температура 0 °C?

Ако вместо лед се вземат 2 kg вода с температура 0 °C, тогава ще е необходимо количеството топлина, необходимо само за загряването му от 0 до 100 °C, т.е. Q2 = 8,4 10 5 J.

Въпроси. 1. Как да обясним, че през цялото време на процеса на топене на кристално тяло температурата му не се променя? 2. Какво се използва за енергията на горивото, изгарящо в нагревателя по време на топенето на кристалното тяло? 3. Каква е специфичната топлина на топене? 4. В какви единици се изразява специфичната топлина на топене?

Упражнения.Фигура 199 показва графики на промяната на температурата спрямо времето за две тела с еднаква маса. Кое тяло има най-висока точка на топене? Който повече топлина на топене? Еднакви ли са специфичните топлинни мощности на телата?

ЕСЕ

"Топящи се тела"

Изпълнено:

Присяжнюк Олга 9-А

Проверено:

Невзорова Татяна Игоревна

Въведение

1) Изчисляване на количеството топлина

2) Топене

3) Специфична топлина на топене

4) Топене на метали

5) Точка на топене и точка на кипене на водата

6) Топи се

7) Интересно за топенето

Заключение (изводи)

Списък на използваната литература

Въведение

Агрегатно състояние - състояние на материята, характеризиращо се с определени качествени свойства: способност или невъзможност за поддържане на обем и форма, наличие или отсъствие на далечен и близък ред и други. Промяната в състоянието на агрегиране може да бъде придружена от скокообразна промяна в свободната енергия, ентропията, плътността и други основни физични свойства.

Има три основни агрегатни състояния: твърдо, течно и газообразно. Понякога не е съвсем правилно плазмата да се класифицира като агрегатно състояние. Има и други състояния на агрегация, например течни кристали или кондензат на Бозе-Айнщайн.

Промените в агрегатното състояние са термодинамични процеси, наречени фазови преходи. Разграничават се следните разновидности: от твърди до течни - топящи се; от течно към газообразно - изпарение и кипене; от твърдо в газообразно - сублимация; от газообразно в течно или твърдо състояние - кондензация. Отличителна черта е липсата на рязка граница на прехода към плазмено състояние.

За да се опишат различни състояния във физиката, се използва по-широко понятие за термодинамична фаза. Явленията, които описват преходи от една фаза към друга, се наричат критични явления.

Твърдо: състояние, характеризиращо се със способността да се поддържа обем и форма. Атомите на твърдото тяло правят само малки вибрации около състоянието на равновесие. Има както далечен, така и близък ред.

Течност: Състоянието на веществото, при което има ниска свиваемост, тоест запазва обема си добре, но не е в състояние да запази формата си. Течността лесно приема формата на съда, в който е поставена. Атомите или молекулите на течността вибрират близо до равновесното състояние, заключени от други атоми и често скачат на други свободни места. Има само ред в къси разстояния.

Газ: Състояние, характеризиращо се с добра свиваемост, без способността да запазва както обем, така и форма. Газът има тенденция да заема целия предоставен му обем. Атомите или молекулите на газа се държат относително свободно, разстоянията между тях са много по-големи от техния размер.

Други състояния: При дълбоко охлаждане някои (далеч не всички) вещества преминават в свръхпроводящо или свръхфлуидно състояние. Тези състояния, разбира се, са отделни термодинамични фази, но едва ли заслужават да се наричат нови агрегатни състояния на материята поради тяхната неуниверсалност. Нехомогенни вещества като пасти, гелове, суспензии, аерозоли и др., които при определени условия проявяват свойствата както на твърди вещества, така и на течности и дори газове, обикновено се класифицират като диспергирани материали, а не към някакви специфични агрегатни състояния на материята.

Топене

Ориз. 1. Състояние на чистата материя (диаграма)

Ориз. 2. Температура на топене на кристално тяло

Ориз. 3. Точка на топене на алкални метали

Топене - преход на вещество от кристално (твърдо) състояние в течност; възниква с поглъщане на топлина (фазов преход от първи ред). Основните характеристики на P. на чисти вещества са точката на топене (Tmelt) и топлината, необходима за осъществяването на процеса P. (топлина на топене Qmelt).

Температурата на P. зависи от външното налягане p; върху диаграмата на състоянието на чисто вещество тази зависимост се изобразява от кривата на топене (кривата на съвместното съществуване на твърди и течни фази, AD или AD "на фиг. 1). Топенето на сплави и твърди разтвори се случва като правило, в температурния диапазон (с изключение на евтектики с постоянна Tтопи) Зависимостта на температурата на началото и края на P. на сплавта от нейния състав при дадено налягане е изобразена на диаграми на състоянието чрез специални линии ( криви на ликвидус и солидус, вижте Бинарни системи) от твърдо кристално състояние до изотропна течност протича на етапи (в определен температурен диапазон), като всеки етап характеризира определен етап от разрушаването на кристалната структура.

Наличието на определена температура P. е важен знак за правилната кристална структура на твърдите вещества. На тази основа те са лесни за разграничаване от аморфни твърди тела, които нямат фиксирана Tm. Аморфните твърди вещества преминават в течно състояние постепенно, омекотяват се с повишаване на температурата (виж Аморфно състояние). Волфрамът има най-висока температура сред чистите метали (3410°C), а живакът има най-ниска температура (-38,9°C). Особено огнеупорни съединения включват: TiN (3200 °C), HfN (3580 °C), ZrC (3805 °C), TaC (4070 °C), HfC (4160 °C) и др. Като правило, за вещества с висока Tm се характеризира с по-високи стойности на Qm. Примесите в кристалните вещества намаляват Tm. Това се използва на практика за получаване на сплави с ниска Tmelt (вижте например сплавта на Wood с Tmelt = 68 °C) и охлаждащи смеси.

П. започва, когато кристалното вещество достигне Tpl. От началото на P. до завършването му температурата на веществото остава постоянна и равна на Tтопи, въпреки преноса на топлина към веществото (фиг. 2). Не е възможно при нормални условия да се нагрее кристал до T > Tтопи (вижте Прегряване), докато по време на кристализация относително лесно се постига значително преохлаждане на стопилката.

Характерът на зависимостта на Tm от налягането p се определя от посоката на обемните промени (DVm) при P. (виж уравнението на Clapeyron-Clausius). В повечето случаи P. на веществото е придружено от увеличаване на техния обем (обикновено с няколко процента). Ако това е така, тогава повишаването на налягането води до увеличаване на Tm (фиг. 3). Въпреки това, в някои вещества (вода, редица метали и металиди, вижте фиг. 1), по време на P., настъпва намаляване на обема. Температурата на P. на тези вещества намалява с увеличаване на налягането.

P. е придружено от промяна във физичните свойства на веществото: увеличаване на ентропията, което отразява разстройството на кристалната структура на веществото; увеличаване на топлинния капацитет, електрическо съпротивление [с изключение на някои полуметали (Bi, Sb) и полупроводници (Ge), които имат по-висока електрическа проводимост в течно състояние]. По време на P. съпротивлението на срязване пада почти до нула (напречните еластични вълни не могат да се разпространяват в стопилката, вижте Течност), намалява скоростта на разпространение на звука (надлъжни вълни) и др.

Според молекулярните и кинетични представи, P. се извършва, както следва. Когато се приложи топлина към кристално тяло, енергията на вибрациите (амплитудата на трептенията) на неговите атоми се увеличава, което води до повишаване на телесната температура и допринася за образуването на различни видове дефекти в кристала (незапълнени възли на кристалната решетка - свободни места; нарушения на периодичността на решетката от атоми, вградени между нейните възли и др., вижте Дефекти в кристалите). В молекулярните кристали може да възникне частично разстройство на взаимната ориентация на осите на молекулите, ако молекулите нямат сферична форма. Постепенното увеличаване на броя на дефектите и тяхната асоциация характеризира етапа на предварително топене. Когато се достигне Tmelt, в кристала се създава критична концентрация на дефекти и започва кристализацията; кристалната решетка се разпада на лесно подвижни субмикроскопични области. Топлината, доставена по време на P., се използва не за нагряване на тялото, а за разрушаване на междуатомните връзки и разрушаване на реда на далечни разстояния в кристалите (виж ред на далечни разстояния и ред на къси разстояния). В самите субмикроскопични региони, от друга страна, редът на късо разстояние в подреждането на атомите не се променя значително при точката на топене (координационното число на стопилката при Tmelt в повечето случаи остава същото като това на кристала). Това обяснява по-ниските стойности на топлините на топене Qm в сравнение с топлините на изпаряване и относително малката промяна в редица физични свойства на веществата по време на тяхното P.

Процесът на пиролиза играе важна роля в природата (пиролизата на сняг и лед на земната повърхност, минерализацията на минералите в нейните дълбини и т.н.) и в технологиите (производство на метали и сплави, леене в форми и др.) .

Специфична топлина на топене

Специфична топлина на топене (също: енталпия на топене; има и еквивалентно понятие за специфична топлина на кристализация) - количеството топлина, което трябва да бъде придадено на една единица маса на кристално вещество в равновесен изобарно-изотермичен процес, за да да го прехвърли от твърдо (кристално) състояние в течно (същото количеството топлина, отделено по време на кристализацията на веществото). Топлината на топене е специален случай на топлината на фазов преход от първи ред. Разграничете специфична топлина на топене (J/kg) и моларна (J/mol).

Специфичната топлина на топене се обозначава с буквата (гръцката буква ламбда) Формулата за изчисляване на специфичната топлина на топене е:

където е специфичната топлина на топене, е количеството топлина, получено от веществото по време на топене (или освободено по време на кристализация), е масата на топящото се (кристализиращо) вещество.

Топене на метали

При топене на метали трябва да се спазват определени правила. Да предположим, че ще стопят олово и цинк. Оловото ще се стопи бързо, като има точка на топене 327°; цинкът, от друга страна, ще остане твърд за дълго време, тъй като точката му на топене е над 419 °. Какво ще стане с оловото при такова прегряване? Той ще започне да се покрива с филм с преливащи се цветове и след това повърхността му ще бъде скрита под слой нетопим прах. Оловото изгоря от прегряване, окисли се чрез свързване с кислорода във въздуха. Този процес, както знаете, се случва при нормална температура, но при нагряване протича много по-бързо. По този начин, докато цинкът започне да се топи, ще остане много малко метално олово. Сплавта ще се окаже с напълно различен състав, както се очаква, и голямо количество олово ще бъде загубено под формата на отпадъци. Ясно е, че първо трябва да разтопим по-огнеупорния цинк и след това да сложим олово в него. Същото ще се случи, ако цинкът се легира с мед или месинг, като първо се нагрее цинкът. Цинкът ще изгори, докато медта се разтопи. Това означава, че винаги първо трябва да разтопите метала с по-висока точка на топене.

Но този не може да избегне лудостта. Ако правилно нагрята сплав се държи на огън дълго време, върху повърхността на течния метал отново се образува филм в резултат на изпарения. Ясно е, че по-топимият метал отново ще се превърне в оксид и съставът на щепсела ще се промени; Това означава, че металът не може да бъде прегряван дълго време ненужно. Поради това те се опитват по всякакъв начин да намалят отпадъците от метал, като го поставят в компактна маса; малки парчета, дървени стърготини, стърготини първо се „опаковат“, парчета с горе-долу еднакъв размер се разтопяват, нагряват се при достатъчна температура и металната повърхност се предпазва от контакт с въздуха. За тази цел майсторът може да вземе боракс или просто да покрие повърхността на метала със слой пепел, който винаги ще плува отгоре (поради по-ниското си специфично тегло) и няма да пречи при изливането на метала. Когато металът се втвърди, се получава друго явление, вероятно познато и на младите майстори. Металът, втвърдявайки се, намалява обема си и това намаление се дължи на вътрешни, все още не втвърдени метални частици. На повърхността на отливката или вътре в нея се образува повече или по-малко значителна фуниевидна вдлъбнатина, така наречената кухина на свиване. Обикновено формата е направена по такъв начин, че в тези места на отливката се образуват дупки за свиване, които впоследствие се отстраняват, като се опитват да предпазят самия продукт, доколкото е възможно. Ясно е, че отворите за свиване развалят отливката и понякога могат да я направят неизползваема. След разтопяването металът се прегрява леко, за да е по-тънък и по-горещ и следователно да изпълва по-добре детайлите на формата и да не замръзва преждевременно от контакт с по-студена форма.

Тъй като точката на топене на сплавите обикновено е по-ниска от точката на топене на най-огнеупорния от металите, които изграждат сплавта, понякога е полезно да направите обратното: първо да разтопите по-топимия метал, а след това по-огнеупорния. Това обаче е допустимо само за метали, които не са силно окислени, или при условие, че тези метали са защитени от прекомерно окисление. Необходимо е да се вземе повече метал, отколкото е необходимо за самото нещо, така че да запълни не само формата, но и канала на лея. Ясно е, че първо трябва да изчислите необходимото количество метал.

Точка на топене и кипене на водата

Най-изненадващото и благодатно свойство на водата за живата природа е способността й да бъде течност при „нормални“ условия. Молекулите на съединения, много подобни на водата (например H2S или H2Se молекули) са много по-тежки, но образуват газ при същите условия. По този начин водата изглежда противоречи на законите на периодичната таблица, която, както знаете, предсказва кога, къде и какви свойства на веществата ще бъдат близки. В нашия случай от таблицата следва, че свойствата на водородните съединения на елементи (наречени хидриди), разположени в едни и същи вертикални колони, трябва да се променят монотонно с увеличаване на масата на атомите. Кислородът е елемент от шестата група на тази таблица. В същата група са сяра S (с атомно тегло 32), селен Se (с атомно тегло 79), телур Te (с атомно тегло 128) и полоний Po (с атомно тегло 209). Следователно свойствата на хидридите на тези елементи трябва да се променят монотонно при преминаване от тежки елементи към по-леки, т.е. в последователността H2Po → H2Te → H2Se → H2S → H2O. Което се случва, но само с първите четири хидрида. Например, точките на кипене и топене се повишават с увеличаване на атомното тегло на елементите. На фигурата кръстовете отбелязват точките на кипене на тези хидриди, а кръговете отбелязват точките на топене.

Както може да се види, с намаляването на атомното тегло температурите намаляват доста линейно. Областта на съществуване на течната фаза на хидридите става все по-"студена" и ако кислородният хидрид H2O беше нормално съединение, подобно на съседите му в шестата група, тогава течната вода би съществувала в диапазона от - 80 ° C до -95 ° C. При повече При високи температури H2O винаги ще бъде газ. За щастие за нас и за целия живот на Земята, водата е аномална, тя не признава периодичен модел, а следва свои собствени закони.

Това се обяснява съвсем просто - повечето от водните молекули са свързани с водородни връзки. Именно тези връзки отличават водата от течните хидриди H2S, H2Se и H2Te. Ако не бяха, тогава водата щеше да кипи вече при минус 95 ° C. Енергията на водородните връзки е доста висока и те могат да бъдат разкъсани само при много по-висока температура. Дори в газообразно състояние, голям брой H2O молекули запазват своите водородни връзки, комбинирайки се, за да образуват (H2O)2 димери. Напълно водородните връзки изчезват само при температура на водните пари от 600 °C.

Спомнете си, че кипенето се състои в образуването на мехурчета от пара във вряща течност. При нормално налягане чистата вода кипи при 100 "C. Ако топлината се подава през свободната повърхност, процесът на повърхностно изпаряване ще се ускори, но обемното изпарение, характерно за кипенето, не се случва. Кипенето може да се извърши и чрез понижаване на външния налягане, тъй като в този случай налягането на парите, равно на външното налягане, се постига при по-ниска температура. На върха на много висока планина налягането и съответно точката на кипене са толкова ниски, че водата става неподходяща за готвене - не се достига необходимата температура на водата. При достатъчно високо налягане водата може да се нагрее толкова много, че в нея да се разтопи олово (327°C), но въпреки това няма да заври.

В допълнение към свръхвисоките точки на кипене на топене (и последният процес изисква твърде много топлина на топене за такава проста течност), самият диапазон на съществуване на водата е аномален - сто градуса, с които тези температури се различават - доста голям диапазон за такава течност с ниско молекулно тегло като водата. Границите на допустимите стойности на хипотермия и прегряване на водата са необичайно големи - при внимателно нагряване или охлаждане водата остава течна от -40 ° C до +200 ° C. Това разширява температурния диапазон, в който водата може да остане течна до 240 °C.

Когато ледът се нагрява, температурата му първо се повишава, но от момента, в който се образува сместа от вода и лед, температурата ще остане непроменена, докато целият лед се разтопи. Това се обяснява с факта, че топлината, подадена към топящия се лед, се изразходва предимно само за разрушаване на кристали. Температурата на топящия се лед остава непроменена, докато всички кристали бъдат унищожени (вижте латентната топлина на топене).

се стопява

Топенето е течно разтопено състояние на вещества при температури в определени граници, отдалечени от критичната точка на топене и разположени по-близо до точката на топене. Естеството на стопилките по своята същност се определя от вида на химичните връзки на елементите в разтопеното вещество.

Стопилите се използват широко в металургията, производството на стъкло и други области на технологията. Обикновено стопилките имат сложен състав и съдържат различни взаимодействащи компоненти (виж фазовата диаграма).

Топи се

1. Метални (Метали (наименованието идва от латинското metallum - мина, рудник) - група елементи с характерни метални свойства, като висока топло- и електропроводимост, положителен температурен коефициент на съпротивление, висока пластичност и метален блясък);

2. Йонни (Йон (на старогръцки ἰόν - отивам) - едноатомна или многоатомна електрически заредена частица, образувана в резултат на загуба или добавяне на един или повече електрони към атом или молекула. Йонизацията (процесът на образуване на йони) може възникват при високи температури, под въздействието на електрическо поле);

3. Полупроводник с ковалентни връзки между атомите (Полупроводници - материали, които по отношение на тяхната проводимост заемат междинно място между проводници и диелектрици и се различават от проводниците в силна зависимост на проводимостта от концентрацията на примеси, температура и различни видове радиация. The основното свойство на тези материали е увеличаване на електрическата проводимост с повишаване на температурата);

4. Органични стопилки с ван дер ваалсови връзки;

5. Висок полимер (Полимери (гръцки πολύ- - много; μέρος - част) - неорганични и органични, аморфни и кристални вещества, получени чрез многократно повторение на различни групи атоми, наречени "мономерни единици", свързани в дълги макромолекули чрез химическа или координация облигации)

Топилките според вида на химичните съединения са:

1. Сол;

2.Оксид;

3. Оксидно-силикатни (шлакови) и др.

Топи се със специални свойства:

1.Евтектика

Интересно за топенето

Ледени зърна и звезди.

Вземете парче чист лед в топла стая и гледайте как се топи. Бързо ще стане ясно, че ледът, който изглеждаше монолитен и хомогенен, се разпада на множество малки зърна - отделни кристали. В обема на леда те са разположени произволно. Също толкова интересна картина може да се види, когато ледът се разтопи от повърхността.

Донесете гладко парче лед към лампата и изчакайте, докато започне да се топи. Когато топенето докосне вътрешните зърна, там ще започнат да се появяват много фини шарки. Със силна лупа можете да видите, че те имат формата на шестоъгълни снежинки. Всъщност това са разтопени вдлъбнатини, пълни с вода. Формата и посоката на техните лъчи съответстват на ориентацията на ледените монокристали. Тези модели се наричат "звезди на Тиндал" на името на английския физик, който ги открива и описва през 1855 г. "Звездите на Тиндал", подобни на снежинките, всъщност са вдлъбнатини на повърхността на разтопен лед с размер около 1,5 мм, пълни с вода. В центъра им се виждат въздушни мехурчета, които са възникнали поради разликата в обемите на разтопения лед и стопената вода.

ЗНАЕШЕ ЛИ?

Има метал, т. нар. сплав на Ууд, който може лесно да се разтопи дори в топла вода (+68 градуса по Целзий). Така че, когато разбърквате захар в чаша, метална лъжица, изработена от тази сплав, ще се стопи по-бързо от захарта!

Най-огнеупорното вещество, танталов карбид TaCO-88, се топи при температура 3990°C.

През 1987 г. немски изследователи успяха да преохладят водата до -700C, като същевременно я поддържат в течно състояние.

Понякога, за да се стопи по-бързо снегът по тротоарите, те се поръсват със сол. Топенето на леда се получава, защото се образува разтвор на сол във вода, чиято точка на замръзване е по-ниска от температурата на въздуха. Разтворът просто изтича от тротоара.

Интересното е, че краката стават по-студени на мокра настилка, тъй като температурата на разтвора на солена вода е по-ниска от тази на чистия сняг.

Ако изсипете чай от чайник в две чаши: със захар и без захар, тогава чаят в чаша със захар ще бъде по-студен, защото. разтварянето на захарта (разрушаването на нейната кристална решетка) също изразходва енергия.

При силни студове, за да се възстанови гладкостта на леда, ледената пързалка се напоява с гореща вода.Топлата вода разтопява тънкия горен слой лед, не замръзва толкова бързо, има време да се разпространи и повърхността на леда е много гладка.

Заключение (изводи)

Топенето е преход на вещество от твърдо в течно състояние.

При нагряване температурата на веществото се повишава и скоростта на топлинното движение на частиците се увеличава, докато вътрешната енергия на тялото се увеличава.

Когато температурата на твърдото вещество достигне своята точка на топене, кристалната решетка на твърдото вещество започва да се разпада. По този начин основната част от енергията на нагревателя, предадена на твърдото тяло, се изразходва за намаляване на връзките между частиците на веществото, т.е. за разрушаване на кристалната решетка. В този случай енергията на взаимодействие между частиците се увеличава.

Разтопеното вещество има по-голям запас от вътрешна енергия, отколкото в твърдо състояние. Останалата част от топлината на топене се изразходва за извършване на работа за промяна на обема на тялото по време на неговото топене.

По време на топенето обемът на повечето кристални тела се увеличава (с 3-6%) и намалява по време на втвърдяването. Но има вещества, в които при топене обемът намалява, а при втвърдяване се увеличава. Те включват например вода и чугун, силиций и някои други. . Ето защо ледът плува на повърхността на водата, а твърдият чугун - в собствената си стопилка.

Твърдите вещества, наречени аморфни (кехлибар, смола, стъкло), нямат определена точка на топене.

Количеството топлина, необходимо за стопяване на вещество, е равно на произведението на специфичната топлина на топене, умножена по масата на веществото.

Специфичната топлина на топене показва колко топлина е необходима за пълното преобразуване на 1 kg вещество от твърдо в течно състояние, взето при скоростта на топене.

Единицата за специфична топлина на топене в SI е 1J/kg.

По време на процеса на топене температурата на кристала остава постоянна. Тази температура се нарича точка на топене. Всяко вещество има своя точка на топене.

Точката на топене на дадено вещество зависи от атмосферното налягане.

Списък на използваната литература

1) Данни от електронната безплатна енциклопедия "Уикипедия"

http://ru.wikipedia.org/wiki/Main_page

2) Сайт "Клас! Физика за любопитните" http://class-fizika.narod.ru/8_11.htm

3) Уебсайт "Физични свойства на водата"

http://all-about-water.ru/boiling-temperature.php

4) Сайт "Метали и конструкции"

http://metaloconstruction.ru/osnovy-plavleniya-metallov/

Тема: „Топене и кристализация.

Специфична топлина на топене и кристализация"

Цели на урока:

В резултат на работата в урока учениците трябва да научат дефиницията на понятията "топене", "кристализация", "температура на топене", "специфична топлина на топене и кристализация"; да може да обясни неизменността на температурните и енергийните трансформации в процесите на топене и кристализация; анализирайте графиката на зависимостта на телесната температура от времето на нейното нагряване и графиката на охлаждане на нагрятата течност; знаят формулата за изчисляване на количеството топлина, необходимо за стопяване (кристализиране) на тяло.

По време на часовете.

Организационен момент (1 минута).
Повторение на изучения материал (4 минути)

предна анкета.

1. В какви агрегатни състояния може да бъде едно и също вещество?

2. Какво определя това или онова агрегатно състояние на веществото?

3. Какви са особеностите на молекулярната структура на газове, течности и твърди вещества?

4. Възможни са преходи: от твърдо състояние към течно състояние, от течно състояние към газообразно състояние, от газообразно състояние към твърдо и обратни преходи: от твърдо състояние към газообразно състояние, от газообразно състояние към a течност, от течно в твърдо състояние. Установете съответствие между преходите и съответните им явления. (Учителят нарича явлението, учениците определят на кой преход отговаря това явление).

T → W: топене на лед, топене на метал;

W → H: образуване на пара при кипене на водата; изпаряване на вода;

T → G: мирис на нафталин, изпарение на сух лед;

W → W: замръзване на водата;

D → F: роса, образуване на мъгла;

G → T: образуване на шарки по прозорците през зимата.

В природата кръговратът на водата. Изпаряване на вода от, образуване на мъгла, облаци, сняг, роса ... За да разберете процесите, протичащи в природата, и да можете да ги контролирате, трябва да знаете условията, при които преминаването на едно състояние на материята в друго.

Въведение в темата на урока.

Днес в урока ще се запознаем по-подробно с преходите на веществото от твърдо състояние в течно състояние, от течно състояние в твърдо състояние, т.е. с процеса на топене на кристални тела и обратния процес - процес на кристализация.

Учене на нов материал. (20 минути)
Пилотно проучване

Студентите определят проблема, целта, хипотезата на изследването.

Изследователски проблем: да се установи как ще се промени температурата на леда, когато се нагрява и разтопи.

Целта на изследването: да се изследва изменението на температурата при различни процеси - нагряване и топене на леда, да се начертае зависимостта на температурата на леда от времето.

Предполагаме, че когато ледът се нагрява, неговата температура ще се повиши до точката на топене, при която ледът ще се стопи, без да променя температурата.

Обосновка на хипотезата: точката на топене на леда е 0 °C, така че ледът първо ще се нагрее до точката на топене. Тъй като топенето е процес, който протича при постоянна температура, температурата на леда няма да се увеличи, докато целият лед не се превърне във вода.

Оборудване:

Калориметър. Натрошен лед. Термометър. Гледам.

Напредък на изследванията:

Поставете натрошен лед в калориметъра. Измерете температурата на леда. Продължете да правите измервания на редовни интервали. Запишете резултатите от измерването в таблица.

Таблица 1. Експериментални данни за изследването

Времеви интервал, f, s
Показания на термометър t, оС

Начертайте графика въз основа на данните от измерването. За заключение.

Температурата на леда се повишава, докато достигне 0 ° C, така че процесът на нагряване се извършва, температурата на леда се повишава. Веднага щом температурата стана равна на 0, ледът започна да се топи и дълго време (докато ледът се разтопи) не се промени. И веднага след като целият лед се стопи, температурата отново започна да се повишава. По този начин можем да кажем, че процесът на нагряване протича с повишаване на температурата, а процесът на топене протича при постоянна температура.

Открихме, че температурата на леда първо се повишава, а след това, достигайки 0°C (ледът започва да се топи), остава непроменена, докато целият лед се разтопи.

Преминаването на веществото от твърдо в течно състояние се нарича топене.

Температурата, при която твърдото вещество се превръща в течност, се нарича точка на топене. Точката на топене на различни вещества е таблична стойност.

Помня

За всяко вещество има температура, над която то не може да бъде в твърдо състояние при дадени условия. Процесът на топене изисква енергия. Температурата на веществото не се променя по време на топенето.
Преглед на процеса на втвърдяване на течности на видео.

Процесът на преминаване на веществото от течно в твърдо състояние се нарича кристализация.

При топене веществото получава енергия. По време на кристализация, напротив, той го предава на околната среда.

Помня:

За всяко вещество има температура, при която веществото преминава от течно в твърдо състояние (температура на кристализация). Процесът на втвърдяване е придружен от освобождаване на енергия. Температурата по време на кристализацията остава постоянна.

Изводи: Топенето и кристализацията са два противоположни процеса. В първия случай веществото абсорбира енергия отвън, а във втория я отдава на околната среда.

ФИЗМИНУТКА

Помислете за графиката на топенето и кристализацията на леда.

Анализ на графиката на топене и кристализация и нейното обяснение въз основа на познанията за молекулярната структура на материята. Всяко вещество има своя собствена точка на топене и тази температура определя обхвата на твърдите вещества в ежедневието и технологиите. Огнеупорните метали се използват за направата на топлоустойчиви конструкции в самолети и ракети, ядрени реактори и др.
Специфична топлина на топене и кристализация.

Физическото количество, числено равно на количеството топлина, което твърдо тяло с тегло 1 kg поглъща в точката на топене за преминаване в течно състояние, се нарича специфична топлина на топене.

l е специфичната топлина на топене и кристализация.

Физическото количество, което показва колко топлина е необходима за превръщането на 1 kg кристално вещество, взето при точката на топене, в течност, се нарича специфична топлина на топене.

В SI специфичната топлина на топене и кристализация се измерва в джаули на килограм.

И.Й. Решаване на проблеми с качеството. (5 минути)

Температурата на газовата горелка е 5000 C. Какви материали мога да използвам? (От материали, чиято точка на топене е над 5000 C). Какъв метал ще се стопи в дланта ви? (Цезий) Защо ледът не се топи веднага в стаята, ако се внесе от студа? (Ледът трябва да се нагрее до точката на топене, което отнема време.) Анализ на кривата на топене и втвърдяване.

За какви вещества са начертани? Как го определихте? Отговор: Горната (червена) графика е изградена за олово, тъй като оловото се топи при температура от 327ºC и LM секцията на графиката просто съответства на процеса на топене. Долната (зелена) графика е за калай, тъй като точката на топене на калая е 232ºC. Кое вещество се стопи по-дълго? Кое вещество кристализира най-бързо?

Y. Решаване на проблеми с TRIZ (5 минути)

Железен пирон се хвърля в чаша с вода, но падна ли на дъното на чашата? Защо? (Вода в твърдо състояние) Приготвяне на сладки "шишета със сироп". (Сиропът се замразява и се залива с горещ шоколад) Как да премахнете утайката в газирана напитка? (Обърнете бутилката с главата надолу и я поставете върху лед, утайката с част от втвърдената течност ще остане върху тапата в момента, в който бутилката се отпуши)

YI. Затвърдяване на изучения материал. (5 минути)

ОПЦИЯ 1

ВАРИАНТ #2

1. Преминаването на вещество от течно състояние в твърдо състояние се нарича

А. Топене.

Б. Дифузия.

Б. Кристализация.

Ж. Чрез нагряване.

D. Охлаждане.

2. Чугунът се топи при температура 1200 0C. Какво може да се каже за температурата на втвърдяване на чугун?

А. Може да бъде всеки.

Б. Равно на 1200 0С.

B. Над точката на топене

D. Под точката на топене.

3. Възможно ли е да се топи в меден съд?

Б. Не можете.

4. По време на полета температурата на външната повърхност на ракетата се повишава до 1500 - 2000 0C. Какви метали се използват за външна облицовка?

А. Желязо.

Б. Платина.

Г. Волфрам.

5. Какъв сегмент от графиката характеризира процеса на нагряване на твърдо тяло?

T, 0C A. AB.

1. Преминаването на вещество от твърдо в течно състояние се нарича

А. Охлаждане.

Б. Кристализация.

Б. Дифузия.

Ж. Чрез нагряване.

D. Топене.

2. Калайът се втвърдява при температура 232 0C. Какво може да се каже за неговата точка на топене?

A. Над температурата на втвърдяване

Б. Може да бъде всеки.

V. Равно на 232 0С.

D. Под температурата на втвърдяване

3. Възможно ли е да се стопи олово в цинков съд?

Б. Не можете.

4. От соплото на реактивен самолет излита газ, чиято температура е 800–1100 0С. Какви метали могат да се използват за направата на дюза?

Б. Олово.

Б. Алуминий.

5. Какъв сегмент от графиката характеризира процеса на топене?

T, 0C A. AB.

1 вариант	Вариант 2

YII. Обобщение на урока. (2 мин.) Обобщаване на урока. Оценка на работата.

Домашна работа: §9, 10, упражнение 8 (1-3). Творческа задача: намерете интересни факти за най-ниската и най-високата температура.

Маршрутизиране

проектиране на урок по физика в

Учител по физика, СОУ № 42

Тема на урока: Топене и кристализация. Специфична топлина на топене и кристализация

Тип урок: урок за изучаване и първично затвърждаване на нови знания.

Целта на урока: да осигури задълбочаване и систематизиране на знанията на учениците за структурата на материята; да научи учениците да разбират същността на такива топлинни явления като топене и кристализация; усвояване на понятието „специфична топлина на топене” и формулата за изчисляване на количеството топлина, необходимо за топене; формиране на умения за анализ на енергийните трансформации при топене и кристализация на материята.

Цели на урока:

Образователни: да се изучават особеностите в поведението на веществото при преминаване от твърдо състояние в течно състояние и обратно; обяснете графиката на топене и втвърдяване, обяснете процесите на топене и втвърдяване въз основа на молекулярната структура на материята.

Развитие: да продължи формирането на положителни мотиви за учене, да развие независимост при изпълнението и наблюдението на експеримента, да научи как да прилага придобитите знания на практика.

Образователни: да продължи формирането на мироглед на примера на топлинните процеси, да покаже причинно-следствените връзки, да покаже значението на знанията и уменията на примера за анализ на качествени проблеми.

Демонстрации и оборудване за експеримента: изследване на зависимостта на температурата на топене на леда от времето (калориметър, термометър, часовник, натрошен лед, спиртна лампа, триножник), видео филм за кристализацията на водата, таблица на точките на топене на някои вещества , таблица на специфичната топлина на топене на някои вещества, графика на топене и кристализация.

Етапи на урока	Етапни цели	Дейност на учителя	Студентски дейности	Техники, методи, оборудване	резултат
I. Организационно-мотивационен етап	Създайте емоционално настроение за ставата.	Демонстрира положително отношение към децата. Организира вниманието, готовността за урока.	Поздравяват се с усмивки. Те слушат и се подготвят за работа.	глаголен	Поздравете се, покажете психологическа готовност за сътрудничество
II. Етапът на актуализиране на знанията	Развийте интелигентност, интерес към темата	Организира работата на учениците за проверка на предварително изучен материал	Отговори на въпросите	колективен, индивидуален	Проверете усвояването на предварително изучен материал
III Съобщаване на темата и целите на урока	Осигурете дейности за определяне на целите на урока	Създава проблемна ситуация, обяснява учебната задача,	Отговорете на въпроси, формулирайте целта на урока	вербален, визуален. Създаване на проблемна ситуация при определяне на целта на урока. Презентация	Умение за определяне на целта на урока
IV. Работа по темата на урока	Разкрийте разбиране и разбиране на темата	Формира умение за самостоятелно придобиване на знания чрез изпълнение на експериментална задача.	Изпълнете експериментална задача, участвайте в разговор	Проблемно-търсене, нагледно, словесно. Създаване на проблемна ситуация за творческо търсене	Възприемане, разбиране и първично запаметяване на изучавания материал
V. Физическо възпитание	Облекчете психическия и физическия стрес.	Организира физкултурна почивка	Правете упражненията	Фронтален	Освободете стреса, свързан с психически и физически стрес.
VI. Решаване на качествени и TRIZ проблеми (10 минути)	Развиват умения и способности за решаване на физически проблеми, прилагане на придобитите теоретични знания на практика, в конкретна ситуация	Организира дейността на учениците при решаване на проблеми, осигурява контрол върху тяхното изпълнение	Решавам проблеми	Индивидуална и колективна работа на студентите	Способност за прилагане на знанията на практика и използване на различни техники за решаване на проблеми
VII. Затвърдяване на изучения материал (5 мин.)	Проверете асимилацията на материала, идентифицирайте пропуски в разбирането на материала.	Организира самостоятелната работа на учениците.	Изпълнете задачи от различно ниво, тествайте	частично търсене, Индивидуално, групово.	Способност за използване на знанията в самостоятелна работа
VIII. Домашна работа (1 мин.)	Укрепване на способността за домашна работа според алгоритъма	Организира групово обсъждане на домашните Дава обяснения към домашните.	Те навлизат в същността на домашното, разбират го.	Глаголен,	Разбиране на домашните
IX. Обобщение на урока, размисъл (2 минути)	Обобщете знанията по темата на урока. Оценете постиженията на учениците. Определете отношението на учениците към урока, към съвместните дейности	Формира адекватна оценка за изпълнението на задачите на урока Насърчава учениците да оценяват дейността си в урока, чувствата и настроението си	Анализира дейността си, показва отношението си към урока, чувствата и настроението с помощта на символи.	Вербален, аналитичен. Самоанализ, самооценка.	Удовлетворение от свършената работа, емоционален завършек на урока.

Топене

ТопенеТова е процес на промяна на вещество от твърдо в течно състояние.

Наблюденията показват, че ако натрошен лед, който има температура например 10 ° C, се остави в топла стая, тогава температурата му ще се повиши. При 0 °C ледът ще започне да се топи и температурата няма да се промени, докато целият лед не се превърне в течност. След това температурата на водата, образувана от леда, ще се повиши.

Това означава, че кристалните тела, които включват лед, се топят при определена температура, която се нарича точка на топене. Важно е по време на процеса на топене температурата на кристалното вещество и течността, образувана по време на топенето му, да остане непроменена.

В експеримента, описан по-горе, ледът получи известно количество топлина, вътрешната му енергия се увеличи поради увеличаване на средната кинетична енергия на движението на молекулите. След това ледът се разтопи, температурата му не се промени, въпреки че ледът получи известно количество топлина. Следователно вътрешната му енергия се увеличи, но не поради кинетичната, а поради потенциалната енергия на взаимодействието на молекулите. Получената отвън енергия се изразходва за разрушаване на кристалната решетка. По същия начин се случва топенето на всяко кристално тяло.

Аморфните тела нямат определена точка на топене. С повишаване на температурата те постепенно омекват, докато се превърнат в течност.

Кристализация

Кристализацияе процесът, при който вещество преминава от течно състояние в твърдо състояние. Охлаждайки се, течността ще отдели определено количество топлина на околния въздух. В този случай неговата вътрешна енергия ще намалее поради намаляване на средната кинетична енергия на неговите молекули. При определена температура ще започне процесът на кристализация, по време на този процес температурата на веществото няма да се промени, докато цялото вещество не премине в твърдо състояние. Този преход е придружен от отделяне на определено количество топлина и съответно намаляване на вътрешната енергия на веществото поради намаляване на потенциалната енергия на взаимодействие на неговите молекули.

По този начин преходът на веществото от течно състояние към твърдо състояние става при определена температура, наречена температура на кристализация. Тази температура остава постоянна през целия процес на топене. Тя е равна на точката на топене на това вещество.

Фигурата показва графика на зависимостта на температурата на твърдо кристално вещество от времето в процеса на нагряване от стайна температура до точката на топене, топене, нагряване на веществото в течно състояние, охлаждане на течното вещество, кристализация и последващо охлаждане на веществото в твърдо състояние.

Специфична топлина на топене

Различните кристални вещества имат различна структура. Съответно, за да се разруши кристалната решетка на твърдо вещество в точката на топене, е необходимо да се информира за различно количество топлина.

Специфична топлина на топенее количеството топлина, което трябва да се предаде на 1 kg кристално вещество, за да се превърне в течност при точката на топене. Опитът показва, че специфичната топлина на топене е специфична топлина на кристализация .

Специфичната топлина на топене се обозначава с буквата λ . Единица за специфична топлина на топене - [λ] = 1 J/kg.

Стойностите на специфичната топлина на топене на кристални вещества са дадени в таблицата. Специфичната топлина на топене на алуминия е 3,9 * 10 5 J / kg. Това означава, че за топенето на 1 kg алуминий при температурата на топене е необходимо да се изразходва количество топлина от 3,9 * 10 5 J. Увеличението на вътрешната енергия на 1 kg алуминий е равно на същата стойност.

За изчисляване на количеството топлина Q, необходими за стопяване на вещество с маса м, взета при точката на топене, следва специфичната топлина на топене λ умножете по масата на веществото: Q = λm.

Същата формула се използва при изчисляване на количеството топлина, отделена по време на кристализацията на течност.

Енергията, която тялото получава или губи по време на пренос на топлина, се нарича количеството топлина.Количеството топлина зависи от масата на тялото, от температурната разлика на тялото и от вида на веществото.

[Q]=J или калории

1 кале количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 g вода с 1°C.

Специфична топлина- физическо количество, равно на количеството топлина, което трябва да се предаде на тяло с маса 1 kg, за да се промени температурата му с 1 ° C.

[C] \u003d J / kg около C

Специфичният топлинен капацитет на водата е 4200 J / kg o C. Това означава, че за загряване на 1 kg вода с 1 o C трябва да се изразходват 4200 J топлина.

Специфичният топлинен капацитет на веществото в различни агрегатни състояния е различен. Така топлинният капацитет на леда е 2100 J/kg o C. Специфичният топлинен капацитет на водата е най-голям. В тази връзка водата в моретата и океаните, нагрявайки се през лятото, поглъща голямо количество топлина. През зимата водата се охлажда и отделя голямо количество топлина. Следователно в райони, разположени в близост до водни тела, не е много горещо през лятото и много студено през зимата. Поради високия си топлинен капацитет водата намира широко приложение в техниката и бита. Например в отоплителните системи на къщи, при охлаждане на части по време на обработката им на металорежещи машини, лекарства (нагреватели) и др.

С повишаване на температурата на твърдите вещества и течностите кинетичната енергия на техните частици се увеличава: те започват да се колебаят с по-висока скорост. При определена температура, която е напълно определена за дадено вещество, силите на привличане между частиците вече не са в състояние да ги задържат във възлите на кристалната решетка (далечният ред се превръща в близък), и кристалът започва да се топи, т.е. материята започва да се втечнява.

Топене – процесът на преминаване на вещество от твърдо в течно състояние.

Втвърдяване (кристализация)– процесът на преминаване на вещество от течно в твърдо състояние.

По време на процеса на топене температурата на кристала остава постоянна. Тази температура се нарича точка на топене. Всяко вещество има своя точка на топене. Намерете според таблицата.

Постоянността на температурата по време на топене е от голямо практическо значение, тъй като позволява калибриране на термометри, изработване на предпазители и индикатори, които се топят при строго определена температура. Познаването на точката на топене на различни вещества е важно и от чисто битова гледна точка: иначе кой може да гарантира, че тази тенджера или тиган няма да се разтопи на огъня на газовата горелка?

Точката на топене и равната на нея температура на втвърдяване са характерна черта на веществото. Живакът се топи и втвърдява при температура -39 o C, поради което живачните термометри не се използват в Далечния север. Вместо живачни термометри в тези географски ширини се използват спиртни термометри (-114 o C). Най-огнеупорният метал е волфрамът (3420 o C).

Количеството топлина, необходимо за стопяване на дадено вещество, се определя по формулата:

Където m е масата на веществото, е специфичната топлина на топене.

j/kg

Специфична топлина на топене -количеството топлина, необходимо за стопяване на 1 kg вещество при неговата точка на топене. Всяко вещество има свой собствен. Намира се в таблицата.

Точката на топене на дадено вещество зависи от налягането. За вещества, чийто обем се увеличава при топене, повишаването на налягането повишава точката на топене и обратно. При водата обемът намалява по време на топенето, а когато налягането се увеличи, ледът се топи при по-ниска температура.

Билет номер 14

Свързана информация:

Въпрос»Количествена нетарифна мярка за ограничаване на износа или вноса на продукт с определена сума или сума за определен период от време
Знаете ли как количеството материя в един атом е свързано с обема на самия атом?
Б. В това, че фармацевтът назовава първата съставка в рецептата, а фармацевтът по памет назовава всички съставки, които е приел и тяхното количество.