Яка питома теплота плавлення сталі. Плавлення та кристалізація

На графіці (рис. 198) дуже наочно показано, що поки нафталін плавиться, температура його не змінюється. І лише після того, як він весь розплавиться, температура рідини, що утворилася, починає підвищуватися.Але ж і під час процесу плавлення нафталін отримує енергію від палива, що згорає в нагрівачі. А із закону збереження енергії випливає, що вона не може зникнути. На що витрачається енергія палива під час процесу плавлення?

На це питання можна відповісти, якщо згадати, що при плавленні відбувається руйнація кристала. На це й витрачається енергія.

Отже, енергія, яку отримує кристалічне тіло, після того як воно вже нагріте до температури плавлення,витрачається зміну його внутрішньої енергії під час переходу в рідкий стан.

Кількість теплоти, необхідне перетворення при температурі плавлення твердого кристалічного речовини масою 1 кг рідина, називають питомою теплотою плавлення.

Питому теплоту плавлення вимірюють у Дж/кгі позначають літерою?

Визначають питому теплоту плавлення з досвіду. Так, дослідним шляхом було встановлено, що питома теплота плавлення льоду дорівнює 3,4 10 5 Дж/кг. Це означає, що для перетворення шматка льоду масою 1 кг, взятого при 0°С, у воду такої ж температури потрібно витратити 3,4 10 5 Дж.

Отже, при температурі плавлення внутрішня енергія речовини масою 1 кг рідкому стані більше внутрішньоїенергії такої ж маси речовини у твердому стані на питому теплоту плавлення.

Наприклад, внутрішня енергія води масою 1 кг при температурі 0°С на 3,4 10 5 Дж більше внутрішньої енергії льодумасою 1 кг за тієї ж температури.

приклад. Для приготування гавкання турист поклав у казанок 2 кг льоду, що має температуру 0°С. Яка кількість теплоти необхідно для перетворення цьогольоду в окріп при температурі 100 °С?

Скільки теплоти знадобилося б, якщо замість льоду турист узяв із ополонки 2 кг води за температури 0 °С?

Якби замість льоду було взято 2 кг води при 0°С, то знадобилася кількість теплоти, необхідне лише її нагрівання від 0 до 100 °З, т. е. Q2= 8,4 10 5 Дж.

Запитання. 1. Чим пояснити, що протягом усього часу процесу плавлення кристалічного тіла температура його не змінюється? 2. На що витрачається енергія палива, що згоряє в нагрівачі при плавленні кристалічного тіла? 3. Що таке питома теплота плавлення? 4. У яких одиницях виражають питому теплоту плавлення?

Вправи.На малюнку 199 зображено графіки залежності зміни температури від часу двох тіл однакової маси. У якого з тіл вища точка плавлення? У якого більше теплота плавлення? Чи однакові питомі теплоємності тіл?

РЕФЕРАТ

«Плавлення тіл»

Виконала:

Присяжнюк Ольга 9-А

Перевірила:

Невзорова Тетяна Ігорівна

Вступ

1) Розрахунок кількості теплоти

2) Плавлення

3) Питома теплота плавлення

4) Плавлення металів

5) Температура плавлення та кипіння води

6) Розплави

7) Цікаве про плавлення

Висновок (висновки)

Список використаної літератури

Вступ

Агрегатний стан - стан речовини, що характеризується певними якісними властивостями: здатністю або нездатністю зберігати обсяг і форму, наявністю або відсутністю далекого та ближнього порядку та іншими. Зміна агрегатного стану може супроводжуватися стрибкоподібною зміною вільної енергії, ентропії, щільності та інших основних фізичних властивостей.

Виділяють три основні агрегатні стани: тверде тіло, рідина та газ. Іноді не зовсім коректно до агрегатного стану зараховують плазму. Існують і інші агрегатні стани, наприклад рідкі кристали або конденсат Бозе - Ейнштейна.

Зміни агрегатного стану є термодинамічні процеси, звані фазовими переходами. Вирізняють такі їх різновиди: з твердого в рідке - плавлення; з рідкого в газоподібне - випаровування та кипіння; з твердого до газоподібного - сублімація; з газоподібного в рідке чи тверде – конденсація. Відмінною особливістю є різка межа переходу до плазмового стану.

Для опису різних станів у фізиці використовується ширше поняття термодинамічної фази. Явища, що описують переходи від однієї фази в іншу, називають критичними явищами.

Тверде тіло: Стан, що характеризується здатністю зберігати об'єм та форму. Атоми твердого тіла здійснюють лише невеликі коливання довкола стану рівноваги. Є як далекий, і ближній порядок.

Рідина: Стан речовини, при якому вона має малу стисливість, тобто добре зберігає об'єм, проте нездатна зберігати форму. Рідина легко набуває форми судини, в яку вона поміщена. Атоми чи молекули рідини здійснюють коливання поблизу стану рівноваги, замкнені іншими атомами, і часто перескакують інші вільні місця. Є лише ближній порядок.

Газ: Стан, що характеризується гарною стисливістю, відсутністю здатності зберігати як об'єм, так і форму. Газ прагне зайняти весь обсяг, наданий йому. Атоми або молекули газу поводяться відносно вільно, відстані між ними набагато більші від їх розмірів.

Інші стани: При глибокому охолодженні деякі (далеко не всі) речовини переходять у надпровідний або надплинний стан. Ці стани, безумовно, є окремими термодинамічних фаз, проте їх навряд чи варто називати новими агрегатними станами речовини в силу їх неуніверсальності. Неоднорідні речовини типу паст, гелів, суспензій, аерозолів і т. д., які за певних умов демонструють властивості як твердих тіл, так і рідин і навіть газів, зазвичай відносять до класу дисперсних матеріалів, а не до будь-яких конкретних агрегатних станів речовини .

Плавлення

Рис. 1. Стан чистої речовини (діаграма)

Рис. 2. Температура плавлення кристалічного тіла

Рис. 3. Температура плавлення лужних металів

Плавлення - перехід речовини з кристалічного (твердого) стану в рідкий; відбувається із поглинанням теплоти (фазовий перехід I роду). Головними характеристиками П. чистих речовин є температура плавлення (Тпл) та теплота, яка необхідна для здійснення процесу П. (теплота плавлення Qпл).

Температура П. залежить від зовнішнього тиску; на діаграмі стану чистої речовини ця залежність зображується кривою плавлення (кривий співіснування твердої та рідкої фаз, AD або AD" на рис. 1). Залежність температури початку і закінчення П. сплаву від його складу при даному тиску зображується на діаграмах стану спеціальними лініями (криві ліквідуса та солідуса, див. Подвійні системи) У ряду високомолекулярних сполук (наприклад, у речовин, здатних утворювати рідкі кристали) перехід з твердого кристалічного стану в рідке ізотропне відбувається постадійно (в деякому температурному інтервалі), кожна стадія характеризує певний етап руйнування кристалічної структури.

Наявність певної температури П. – важлива ознака правильної кристалічної будови твердих тіл. За цією ознакою їх легко відрізнити від аморфних твердих тіл, які не мають фіксованої Тпл. Аморфні тверді тіла переходять у рідкий стан поступово, розм'якшуючись у разі підвищення температури (див. Аморфний стан). Найвищу температуру П. серед чистих металів має вольфрам (3410 ° С), найнижчу – ртуть (-38,9 ° С). До особливо тугоплавких сполук відносяться: TiN (3200 ° С), HfN (3580 ° С), ZrC (3805 ° С), TaC (4070 ° С), HfC (4160 ° С) та ін. Як правило, для речовин з високою Тпл характерні вищі значення Qпл. Домішки, присутні у кристалічних речовинах, знижують їх Тпл. Цим користуються на практиці для отримання сплавів з низькою Тпл (див., наприклад, Вуда сплав з Тпл = 68 ° С) і сумішей, що охолоджують.

П. починається при досягненні кристалічною речовиною Тпл. З початку П. до його завершення температура речовини залишається постійною та рівною Тпл, незважаючи на повідомлення речовини теплоти (рис. 2). Нагріти кристал до Т > Тпл у звичайних умовах не вдається (див. перегрів), тоді як при кристалізації порівняно легко досягається значне переохолодження розплаву.

Характер залежності Тпл від тиску р визначається напрямом об'ємних змін (DVпл) при П. (див. Клапейрон - Клаузіус рівняння). Найчастіше П. речовини супроводжується збільшенням їх обсягу (зазвичай кілька%). Якщо це має місце, зростання тиску призводить до підвищення Тпл (рис. 3). Однак у деяких речовин (води, ряду металів та металідів, див. рис. 1) при П. відбувається зменшення об'єму. Температура П. цих речовин зі збільшенням тиску знижується.

П. супроводжується зміною фізичних властивостей речовини: збільшенням ентропії, що відображає розпорядження кристалічної структури речовини; зростанням теплоємності, електричного опору [виняток становлять деякі напівметали (Bi, Sb) і напівпровідники (Ge), що в рідкому стані мають більш високу електропровідність]. Практично до нуля падає при П. опір зсуву (у розплаві не можуть поширюватися поперечні пружні хвилі, див. Рідина), зменшується швидкість поширення звуку (поздовжніх хвиль) і т.д.

Відповідно до молекулярно-кінетичних уявлень, П. здійснюється наступним чином. При підведенні до кристалічного тіла теплоти збільшується енергія коливань (амплітуда коливань) його атомів, що призводить до підвищення температури тіла і сприяє утворенню в кристалі різного роду дефектів (незаповнених вузлів кристалічної решітки - вакансій; порушень періодичності грати атомами, що впроваджуються між ними ., див. Дефекти в кристалах). У молекулярних кристалах може відбуватися часткове розпорядження взаємної орієнтації осей молекул, якщо молекули не мають сферичної форми. Поступове зростання числа дефектів та його об'єднання характеризують стадію предплавления. З досягненням Тпл у кристалі створюється критична концентрація дефектів, починається П.- кристалічна грати розпадається на легкорухливі субмікроскопічні області. Тепла, що підводиться при П., йде не на нагрівання тіла, а на розрив міжатомних зв'язків і руйнування далекого порядку в кристалах (див. Далекий порядок і ближній порядок). У самих субмікроскопічних областях ближній порядок розташування атомів при П. істотно не змінюється (координаційне число розплаву при Тпл в більшості випадків залишається тим же, що і у кристала). Цим пояснюються менші значення теплот плавлення Qпл порівняно з теплотами пароутворення та порівняно невелика зміна низки фізичних властивостей речовин за їх П.

Процес П. грає важливу роль у природі (П. снігу та льоду на поверхні Землі, П. мінералів у її надрах і т.д.) та в техніці (виробництво металів і сплавів, лиття у форми та ін.).

Питома теплота плавлення

Удільна теплота плавлення (також: ентальпія плавлення; також існує рівнозначне поняття удільна теплота кристалізації) - кількість теплоти, яку необхідно повідомити одній одиниці маси кристалічної речовини в рівноважному ізобарно-ізотермічному процесі, щоб перевести його з твердого (кристалічного) стану кількість теплоти виділяється при кристалізації речовини). Теплота плавлення - окремий випадок теплоти фазового переходу I роду. Розрізняють питому теплоту плавлення (Дж/кг) та молярну (Дж/моль).

Питома теплота плавлення позначається буквою (грецька буква лямбда) Формула розрахунку питомої теплоти плавлення:

де - питома теплота плавлення, - кількість теплоти, отримана речовиною при плавленні (або виділилося при кристалізації), - маса речовини, що плавиться (кристалізується).

Плавлення металів

При плавленні металів необхідно дотримуватись відомих правил. Припустимо, що збираються плавити свинець та цинк. Свинець швидко розплавиться, маючи температуру плавлення 327 °; цинк ще довго залишатиметься твердим, оскільки його температура плавлення вище 419°. Що станеться зі свинцем за такого перегріву? Він почне покриватися плівкою райдужного кольору, а потім його поверхня виявиться прихованою під шаром порошку, що не плавиться. Свинець угорів від перегріву, окислився, з'єднавшись із киснем повітря. Цей процес, як відомо, відбувається і за нормальної температури, але при нагріванні він йде набагато швидше. Таким чином, на той час, коли почне плавитися цинк, залишиться дуже мало металевого свинцю. Сплав вийде зовсім не того складу, як передбачався, і загубиться велика кількість свинцю у вигляді чаду. Ясно, що треба спочатку плавити тугоплавкіший цинк і потім класти в нього свинець. Те саме відбудеться, якщо сплавляти цинк з міддю або латунню, розігріваючи спочатку цинк. Цинк пригорить на момент розплавлення міді. Отже, треба завжди спочатку плавити метал із вищою температурою плавлення.

Але одним цим чаду не уникнути. Якщо правильно розігрітий сплав довго тримати на вогні, знову утворюється на поверхні рідкого металу плівка як наслідок чаду. Зрозуміло, що знову звернеться в окис більш легкоплавкий метал і склад перешкоди зміниться; отже, не можна метал довго перегрівати без потреби. Тому намагаються всіляко зменшити чад металу, укладаючи його компактною масою; дрібні шматки, тирса, стружки спочатку „пакетують”, плавлять шматки більш менш однакової величини, ведуть нагрівання при достатній температурі, оберігають поверхню металу від зіткнення з повітрям. Для цієї мети майстер може брати буру або просто прикривати поверхню металу шаром золи, яка завжди плаватиме нагорі (завдяки своїй меншій питомій вазі) і при виливанні металу не завадить. При застиганні металу відбувається ще одне явище, можливо також знайоме молодим майстрам. Метал, застигаючи, зменшується в обсязі, причому це зменшення відбувається за рахунок внутрішніх частинок металу, що ще не застигли. На поверхні виливка або всередині неї утворюється більш-менш значне лійкоподібне заглиблення, так звана садочкова раковина. Зазвичай форму роблять так, щоб усадкові раковини вийшли в тих місцях виливки, які згодом видаляються, намагаючись по можливості захистити виріб. Зрозуміло, що усадкові раковини псують виливок і іноді можуть зробити його непридатним. Після розплавлення метал трохи перегрівають, щоб він був рідше і гарячіше і тому краще заповнив деталі форми і не застиг передчасно від зіткнення з більш холодною формою.

Так як температура плавлення сплавів зазвичай нижче температури плавлення найбільш тугоплавкого зі складових сплав металів, то іноді вигідно надходити навпаки: спочатку розплавити більш легкоплавкий метал, а потім більш тугоплавкий. Однак це допустимо лише для металів, що не сильно окислюються, або за умови запобігання цим металам від зайвого окислення. Металу треба брати більше, ніж потрібно для самої речі, щоб він заповнив не лише форму, а й литниковий канал. Зрозуміло, що треба спочатку розрахувати потрібну кількість металу.

Температура плавлення та кипіння води

Найдивовижніша і сприятливіша для живої природи властивість води - це її здатність при "нормальних" умовах бути рідиною. Молекули дуже схожих на воду сполук (наприклад, молекули H2S або H2Se) набагато важчі, а утворюють за тих самих умов газ. Тим самим вода ніби суперечить закономірностям таблиці Менделєєва, яка, як відомо, передбачає, коли, де і які властивості речовин будуть близькі. У нашому випадку з таблиці слідує, що властивості водневих сполук елементів (званих гідридами), розташованих в одних і тих же вертикальних стовпцях, зі зростанням маси атомів повинні змінюватися монотонно. Кисень – елемент шостої групи цієї таблиці. У цій же групі знаходяться сірка S (з атомною вагою 32), селен Se (з атомною вагою 79), телур Te (з атомною вагою 128) та полоній Po (з атомною вагою 209). Отже, властивості гідридів цих елементів повинні змінюватися монотонно під час переходу від важких елементів до легших, тобто. у послідовності H2Po → H2Te → H2Se → H2S → H2O. Що й відбувається, але лише з першими чотирма гідридами. Наприклад, температури кипіння та плавлення зростають зі збільшенням атомної ваги елементів. На малюнку хрестиками відзначені температури кипіння цих гідридів, а кружальцями – температури плавлення.

Як бачимо, при зменшенні атомної ваги температури знижуються зовсім лінійно. Область існування рідкої фази гідридів стає все більш "холодною", і якби гідрид кисню Н2О був нормальною сполукою, схожою на своїх сусідів по шостій групі, то рідка вода існувала б в діапазоні від -80°С до -95°С. високих температур Н2О завжди була б газом. На щастя для нас і всього живого на Землі, вода аномальна, вона не визнає періодичної закономірності, а слідує своїм законам.

Пояснюється це досить легко - більшість молекул води з'єднана водневими зв'язками. Саме цими зв'язками відрізняється вода від рідких гідридів H2S, H2Se та H2Te. Якби їх не було, вода кипіла б вже при мінус 95 °C. Енергія водневих зв'язків досить велика, і розірвати їх можна лише за значно вищої температури. Навіть у газоподібному стані велика кількість молекул H2O зберігає свої водневі зв'язки, об'єднуючись у димери (H2O)2. Повністю водневі зв'язки зникають лише при температурі водяної пари 600 °C.

Нагадаємо, що кипіння полягає в тому, що бульбашки пари утворюються всередині киплячої рідини. При нормальному тиску чиста вода кипить при 100 С. У разі підведення тепла через вільну поверхню прискорюватиметься процес поверхневого випаровування, але об'ємного пароутворення, характерного для кипіння, не виникає. Кипіння може бути здійснено і зниженням зовнішнього тиску, так як в цьому випадку тиск пара, рівне зовнішньому тиску, досягається при нижчій температурі.На вершині дуже високої гори тиск і відповідно точка кипіння настільки знижуються, що вода стає непридатною для варіння їжі - не досягається необхідна температури води.При досить високому тиску воду можна нагріти настільки, що в нею може розплавитися свинець (327 ° С), і все ж вона не кипітиме.

Крім надвеликих температур кипіння плавлення (причому останній процес вимагає занадто великий для такої простої рідини теплоти плавлення), аномальний сам діапазон існування води – сто градусів, на які відрізняються ці температури, – досить великий діапазон для такої низькомолекулярної рідини, як вода. Надзвичайно великі межі допустимих значенні переохолодження та перегріву води - при акуратному нагріванні або охолодженні вода залишається рідкою від -40 °C до +200 °C. Таким чином, температурний діапазон, в якому вода може залишатися рідкою, розширюється до 240 °C.

При нагріванні льоду спочатку температура його підвищується, але з моменту утворення суміші води з льодом температура залишатиметься незмінною доти, доки не розплавиться весь лід. Це пояснюється тим, що тепло, що підводиться до льоду, що тане, перш за все витрачається тільки на руйнування кристалів. Температура льоду, що тане, залишається незмінною до тих пір, поки не відбудеться руйнування всіх кристалів (див. приховану теплоту плавлення).

Розплави

Розплави - рідкий розплавлений стан речовин при температурах, у певних межах віддалених від критичної точки плавлення та розташованих ближче до температури плавлення. Природа розплавів за своєю суттю визначається видом хімічних зв'язків елементів у розплавленій речовині.

Розплави знаходять широке застосування у металургії, скловаренні та інших галузях техніки. Зазвичай розплави мають складний склад і містять різні компоненти, що взаємодіють (див. фазова діаграма).

Розплави бувають

1.Металеві (Метали (назва походить від лат. metallum - шахта, рудник) - група елементів, що має характерні металеві властивості, такі як висока тепло-і електропровідність, позитивний температурний коефіцієнт опору, висока пластичність і металевий блиск);

2.Іонні (Іон (ін.-грец. ἰόν - ідуче) - одноатомна або багатоатомна електрично заряджена частка, що утворюється в результаті втрати або приєднання одного або декількох електронів атомом або молекулою. Іонізація (процес утворення іонів) може відбуватися при високих температурах, під впливом електричного поля);

3.Напівпровідникові з ковалентними зв'язками між атомами (Напівпровідники - матеріали, які за своєю питомою провідністю займають проміжне місце між провідниками та діелектриками та відрізняються від провідників сильною залежністю питомої провідності від концентрації домішок, температури та різних видів випромінювання. Основною властивістю цих матеріалів є збільшення електричної провідності із зростанням температури);

4.Органічні розплави з ван-дер-ваальсовими зв'язками;

5. Високополімерні (Полімери (грец. πολύ- - багато; μέρος - частина) - неорганічні та органічні, аморфні та кристалічні речовини, одержувані шляхом багаторазового повторення різних груп атомів, званих «мономерними ланками», з'єднаних у довгі макромолекули хімічними

Розплави за типом хімічних сполук бувають:

1.Сольові;

2.Оксидні;

3.Оксидно-силікатні (шлакові) та ін.

Розплави з особливими властивостями:

1.Евтектичні

Цікаве про плавлення

Крижані зерна та зірки.

Внесіть шматок чистого льоду в теплу кімнату і стежте, як він тане. Досить швидко з'ясується, що лід, який здавався монолітним і однорідним, розпадається на безліч дрібних зерен - окремих кристалів. В обсязі льоду вони розташовані хаотично. Не менш цікаву картину можна побачити, коли лід плавиться із поверхні.

Піднесіть до лампи гладкий шматок льоду і зачекайте, поки він почне плавитися. Коли плавлення торкнеться внутрішніх зерен, там почнуть з'являтися дуже дрібні візерунки. У сильну лупу видно, що вони мають форму шестикутних сніжинок. Насправді це протаяли западинки, заповнені водою. Форма та напрямок їх променів відповідають орієнтації монокристалів льоду. Ці візерунки називаються "зірочками Тіндаля" на честь англійського фізика, який відкрив і описав їх у 1855 році. "Зірочки Тіндаля", схожі на сніжинки, насправді - западинки на поверхні льоду, що підтанув, розміром близько 1,5 мм, заповнені водою. У їхньому центрі видно повітряні бульбашки, що виникли через різницю обсягів льоду, що розтанув, і талої води.

ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ?

Існують метал, так званий, сплав Вуда, який можна легко розплавити навіть у теплій воді (+68 градусів Цельсія). Так при розмішуванні цукру в склянці металева ложка з цього сплаву розтане швидше за цукор!

Найтугоплавкіша речовина - карбід танталу ТаС0-88 плавиться при температурі 3990°С.

У 1987 році німецькі дослідники змогли переохолодити воду до температури -700С, зберігаючи її в рідкому стані.

Іноді щоб сніг на тротуарах швидше танув, їх посипають сіллю. Плавлення льоду відбувається тому, що утворюється розчин солі у воді, температура замерзання якого нижча за температуру повітря. Розчин просто стікає із тротуару.

Цікаво, що ноги холонуть більше на мокрому тротуарі, оскільки температура розчину солі та води нижча за температуру чистого снігу.

Якщо з чайника налити чай у два кухлі: з цукром і без цукру, то чай у кухлі з цукром буде холоднішим, т.к. на розчинення цукру (на руйнування його кристалічних ґрат) теж витрачається енергія.

При сильних морозах для відновлення гладкості льоду поливку катка виробляють гарячою водою.

Висновок (висновки)

Плавлення - перехід речовини з твердого стану рідке.

При нагріванні збільшується температура речовини і зростає швидкість теплового руху частинок, при цьому збільшується внутрішня енергія тіла.

Коли температура твердого тіла досягає температури плавлення, кристалічні грати твердої речовини починає руйнуватися. Таким чином, основна частина енергія нагрівача, що проводиться до твердого тіла, йде зменшення зв'язків між частинками речовини, тобто на руйнування кристалічної решітки. У цьому зростає енергія взаємодії між частками.

Розплавлена ​​речовина має більший запас внутрішньої енергії, ніж у твердому стані. Частина теплоти плавлення, що залишилася, витрачається на здійснення роботи зі зміни об'єму тіла при його плавленні.

При плавленні об'єм більшості кристалічних тіл збільшується (на 3-6%), а при затвердінні зменшується. Однак, існують речовини, у яких при плавленні обсяг зменшується, а при затвердінні – збільшується. До них відносяться, наприклад, вода та чавун, кремній та деякі інші. . Саме тому лід плаває на поверхні води, а твердий чавун – у власному розплаві.

Тверді тіла, звані аморфними (бурштин, смола, скло) немає певної температури плавлення.

Кількість теплоти, необхідної для плавлення речовини, дорівнює добутку питомої теплоти плавлення на масу даної речовини.

Питома теплота плавлення показує, яку кількість теплоти необхідно для повного перетворення 1 кг речовини з твердого стану в рідке, взятого при темп плавлення.

Одиницею питомої теплоти плавлення СІ служить 1Дж/кг.

У процесі плавлення температура кристала залишається незмінною. Ця температура називається температурою плавлення. Кожна речовина має свою температуру плавлення.

Температура плавлення цієї речовини залежить від атмосферного тиску.

Список використаної літератури

1) Дані електронної вільної енциклопедії «Вікпедія»

http://ua.wikipedia.org/wiki/Заголовна_сторінка

2) Сайт «Класна фізика для допитливих» http://class-fizika.narod.ru/8_11.htm

3) Сайт "Фізичні властивості води"

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

4) Сайт «Метали та конструкції»

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

Тема: «Плавлення та кристалізація.

Питома теплота плавлення та кристалізації»

Завдання уроку:

В результаті роботи на уроці учні повинні засвоїти визначення понять «плавлення», «кристалізація», «температура плавлення», «питома теплота плавлення та кристалізації»; вміти пояснювати незмінність температури та енергетичні перетворення у процесах плавлення та кристалізації; аналізувати графік залежності температури тіла від часу його нагрівання та графік охолодження нагрітої рідини; знати формулу для розрахунку кількості теплоти, необхідної для плавлення (кристалізації) тіла.

Хід уроку.

Організаційний момент (1 хвилина).
Повторення вивченого матеріалу (4 хвилини)

Фронтальне опитування.

1. У яких агрегатних станах може бути одна і та ж речовина?

2. Чим визначається той чи інший агрегатний стан речовини?

3. Які особливості молекулярної будови газів, рідин та твердих тіл?

4. Можливі переходи: з твердого стану в рідкий, з рідкого стану в газоподібний, з газоподібного в твердий і зворотні переходи: з твердого стану в газоподібний, з газоподібного в рідкий, з рідкого в твердий. Встановіть відповідність між відповідними переходами та явищами. (Учитель називає явище, учні визначають, якому переходу це явище відповідає).

Т → Ж: танення льоду, плавлення металу;

Ж → Г: утворення пари під час кипіння води; випаровування води;

Т → Г: запах нафталіну, випаровування сухого льоду;

Ж → Т: замерзання води;

Г → Ж: випадання роси, утворення туману;

Г → Т: освіта на вікнах візерунків взимку.

У природі – кругообіг води. Випаровування води з утворенням туману, хмар, снігу, роси… Щоб розуміти процеси, що відбуваються в природі і вміти ними керувати, треба знати умови, за яких відбувається перетворення одного агрегатного стану речовини в інше.

Підбиття до теми уроку.

Сьогодні на уроці ми докладніше познайомимося з переходами речовини з твердого стану в рідке, з рідкого стану в тверде, тобто з процесом плавлення кристалічних тіл і зворотним процесом - процесом кристалізації.

Вивчення нового матеріалу. (20 хвилин)
Експериментальне дослідження

Учні визначають проблему, мету, гіпотезу дослідження.

Проблема дослідження: встановити, як змінюватиметься температура льоду при його нагріванні та плавленні.

Мета дослідження: вивчити зміну температури при різних процесах - нагріванні та плавленні льоду, побудувати графік залежності температури льоду від часу.

Припускаємо, що при нагріванні льоду його температура збільшуватиметься до температури плавлення, за якої лід плавитиметься не змінюючи температури.

Обґрунтування гіпотези: температура плавлення льоду дорівнює 0оС, тому лід спочатку нагріється до температури плавлення. Так як плавлення - це процес, який проходить при постійній температурі, то температура льоду не збільшуватиметься, доки весь лід не перетвориться на воду.

Обладнання:

Калориметр. Подрібнений лід. Термометр. Годинник.

Хід дослідження:

Помістити подрібнений лід у калориметр. Виміряти температуру льоду. Продовжувати знімати виміри через певні рівні проміжки часу. Результати вимірів занести до таблиці.

Таблиця 1. Експериментальні дані для дослідження

Проміжок часу, ф, с
Показання термометра t, оС

За даними вимірів побудувати графік. Зробити висновки.

Температура льоду піднімалася, доки досягла 0 оС, так проходив процес нагрівання, температура льоду збільшувалася. Як тільки температура стала рівною 0, лід почав плавитися і протягом тривалого часу (поки не розтанув лід) не змінювалася. А щойно весь лід розтанув, знову температура почала збільшуватися. Таким чином можна сказати, що процес нагрівання відбувається при збільшенні температури, а процес плавлення відбувається при постійній температурі.

Ми встановили, що температура льоду спочатку підвищується, а потім, досягнувши позначки 0оС (починає плавитися лід), залишається незмінною, поки весь лід не розплавився.

Перехід речовини з твердого стану рідке називається плавленням.

Температура, коли відбувається перехід твердої речовини в рідке називається температурою плавлення. Температура плавлення різних речовин – таблична величина.

Запам'ятати

Для кожної речовини існує температура, вище якої вона не може перебувати у твердому стані за цих умов. Процес плавлення потребує витрат енергії. Температура речовини під час плавлення не змінюється.
Перегляд процесу затвердіння рідин по відео.

Процес переходу речовини з рідкого стану в твердий називається кристалізацією.

При плавленні речовина одержує енергію. При кристалізації воно навпаки віддає їх у довкілля.

Запам'ятати:

Для кожної речовини існує температура, при якій речовина переходить із рідкого стану в твердий (температура кристалізації). Процес затвердіння супроводжується виділенням енергії. Температура під час кристалізації залишається незмінною.

Висновки: Плавлення та кристалізація – два протилежні процеси. У першому випадку речовина поглинає енергію ззовні, а у другому – віддає у навколишнє середовище.

Фізкультхвилинка

Розглянемо графік плавлення та кристалізації льоду.

Аналіз графіка плавлення та кристалізації та його пояснення на основі знань про молекулярну будову речовини. Кожна речовина має свою температуру плавлення і ця температура визначає сферу застосування твердих тіл у побуті та техніці. З тугоплавких металів виготовляють жароміцні конструкції в літаках і ракетах, атомних реакторах і .
Питома теплота плавлення та кристалізації.

Фізична величина, чисельно рівна кількості теплоти, що поглинає тверде тіло масою 1 кг при температурі плавлення для переходу в рідкий стан, називається питомою теплотою плавлення.

л – питома теплота плавлення та кристалізації.

Фізична величина, що показує, яка кількість теплоти необхідна для перетворення 1 кг кристалічної речовини, взятої при температурі плавлення, рідина, називається питомою теплотою плавлення.

У СІ – питому теплоту плавлення та кристалізації вимірюють у джоулях на кілограм.

IY. Вирішення якісних завдань. (5 хв)

Температура газового пальника 5000 С. Посуд з яких матеріалів можна користуватися? (З матеріалів, температура плавлення яких вище за 5000 С). Який метал розплавитись у долоні? (Цезій) Чому лід не відразу тане в кімнаті, якщо його занести з морозу? (Лід повинен нагрітися до температури плавлення, а для цього потрібен час). Аналіз графіка плавлення та затвердіння.

Для яких речовин побудовано графіки? Як це ви визначили? Відповідь: Верхній (червоний) графік побудований для свинцю, тому що свинець плавиться при температурі 327єС і ділянка LM графіка якраз відповідає процесу плавлення. Нижній (зелений) графік побудований для олова, оскільки температура плавлення олова 232єС. Для плавлення якої речовини потрібно більше часу? Яка речовина швидше закристалізувалась?

Y. Розв'язання задач ТРВЗ (5 хв)

У склянку з водою кидають залізний цвях, але на дно склянки він не впав? Чому? (Вода у твердому стані) Виготовлення цукерок «пляшечки з сиропом». (Сироп заморожують та обливають гарячим шоколадом) Як прибрати осад у газованому напої? (Перевернути пляшку вгору дном і поставити на лід, осад з частиною затверділої рідини залишиться на пробці в момент відкорковування пляшки)

YI. Закріплення дослідженого матеріалу. (5 хв)

ВАРІАНТ №1

ВАРІАНТ №2

1. Перехід речовини з рідкого стану в тверде називають А. Плавлення. Б. Дифузією. В. Кристалізацією. Г. Нагріванням. Д. Охолодженням. 2. Чавун плавиться за температури 1200 0С. Що можна сказати про температуру затвердіння чавуну? А. Може бути будь-хто. Б. Рівна 12000С. В. Вище температури плавлення Г. Нижче температури плавлення. 3. Чи можна в мідній посудині розплавити? Б. Не можна. 4. Під час польоту температура зовнішньої поверхні ракети збільшується до 1500 – 2000 0С. Які метали використовують для зовнішньої обшивки? А. Залізо. Б. Платіна. Г. Вольфрам. 5. Який відрізок графіка характеризує процес нагрівання твердого тіла? Т, 0С А. АВ.

1. Перехід речовини з твердого стану в рідке називають А. Охолодженням. Б. Кристалізацією. В. Дифузією. Г. Нагріванням. Д. Плавлення. 2. Олово твердне при температурі 232 0С. Що можна сказати про температуру його плавлення? А. Вище температури затвердіння Б. Можливо будь-хто. В. Рівна 232 0С. Г. Нижче температури затвердіння 3. Чи можна в цинковому посуді розплавити свинець? Б. Не можна. 4. Зі сопла реактивного літака вилітає газ, температура якого 800-1100 0С. Які метали можна використовувати для виготовлення сопла? Б. Свинець. В. Алюміній. 5. Який відрізок графіка характеризує процес плавлення? Т, 0С А. АВ.

1 варіант	2 варіант

YII. Підсумок уроку. (2 хв) Підбиття підсумків уроку. Виставлення оцінок за роботу.

Домашнє завдання: §9, 10, упр.8 (1-3). Творче завдання: знайти цікаві факти про найнижчу температуру та найвищу температуру.

Технологічна карта

конструювання уроку з фізики в

Вчитель фізики ДУО «СШ № 42 р.»

Тема уроку: Плавлення та кристалізація. Питома теплота плавлення та кристалізації

Тип уроку: урок вивчення та первинного закріплення нових знань.

Мета уроку: забезпечити поглиблення та систематизацію знань учнів про будову речовини; навчити учнів розуміти суть таких теплових явищ, як плавлення та кристалізація; засвоєння поняття «питома теплота плавлення» та формули для розрахунку кількості теплоти, необхідної для плавлення; формування умінь аналізувати енергетичні перетворення при плавленні та кристалізації речовини.

Завдання уроку:

Навчальна: вивчити особливості у поведінці речовини під час переходу з твердого стану в рідке та назад; пояснити графік плавлення та затвердіння, пояснити процеси плавлення та затвердіння на основі про молекулярну будову речовини.

Розвиваюча: продовжити формування позитивних мотивів вчення, розвивати самостійність при виконанні та спостереженні експерименту, навчити застосовувати отримані знання на практиці.

Виховна: продовжити формування світогляду з прикладу теплових процесів, показати причинно – слідчі зв'язку, показати важливість знань і умінь з прикладу аналізу якісних завдань.

Демонстрації та обладнання для експерименту: дослідження залежності температури плавлення льоду від часу (калориметр, термометр, годинник, подрібнений лід, спиртування, штатив), відеофільм про кристалізацію води, таблицю температур плавлення деяких речовин, таблицю питомої теплоти плавлення деяких речовин, графік плавлення та кристалізації .

Етапи уроку	Цілі етапу	Діяльність вчителя	Діяльність учнів	Прийоми, методи, обладнання	результат
I. Організаційно-мотиваційний етап	Створити емоційний настрій до спільної.	Демонструє доброзичливе ставлення до дітей. Організовує увагу, готовність до уроку.	Вітають одне одного посмішками. Слухають, налаштовуються працювати.	словесний	Вітають одне одного, показують психологічну готовність до співробітництва
ІІ. Етап актуалізації знань	Розвивати кмітливість, інтерес до предмета	Організовує роботу учнів із перевірки раніше вивченого матеріалу	Відповідають на запитання	Колективні, індивідуальні	Перевірити засвоєння раніше вивченого матеріалу
III Повідомлення теми та цілей уроку	Забезпечити діяльність з визначення цілей уроку	Створює проблемну ситуацію, пояснює навчальне завдання,	Відповідають на запитання, формулюють мету уроку	Словесна, наочна. Створення проблемної ситуації щодо цілі уроку. Презентація	Вміння визначати мету уроку
IV. Робота над темою уроку	Виявити розуміння та осмислення теми	Формує вміння здобувати знання самостійно через виконання експериментального завдання.	Виконують експериментальне завдання, беруть участь у розмові	Проблемно-пошуковий, наочний, словесний. Створення проблемної ситуації для творчого пошуку	Сприйняття, осмислення та первинне запам'ятовування матеріалу, що вивчається
V. Фізкультхвилинка	Зняти напругу, пов'язану з розумовим та фізичним навантаженням.	Організує фізкультпаузу	Виконують вправи	Фронтальна	Зняття напруги, пов'язаного з розумовим та фізичним навантаженням.
VI. Вирішення якісних завдань та завдань ТРВЗ (10 хв)	Розвивати вміння та навички вирішення фізичних завдань, застосування отриманих теоретичних знань на практиці у конкретній ситуації	Організовує діяльність учнів під час вирішення завдань, забезпечує контролю над їх виконанням	Вирішують завдання	Індивідуальна та колективна робота учнів	Вміння застосовувати знання на практиці та використовувати різні прийоми для вирішення завдань
VII. Закріплення вивченого матеріалу (5 хв)	Перевірити засвоєння матеріалу, виявити прогалини у розумінні матеріалу.	Організовує самостійну роботу учнів.	Виконують різно рівневі завдання, тест	Частково-пошуковий, Індивідуальна, групова.	Вміння використовувати знання під час самостійної роботи
VIII. Домашнє завдання (1 хв)	Закріпити вміння виконувати домашнє завдання за алгоритмом	Організує колективне обговорення домашнього завдання Надає пояснення до домашнього завдання.	Вникають у суть домашнього завдання, осмислюють його.	Словесний,	Розуміння домашнього завдання
IX. Підсумок уроку, рефлексія (2 хв)	Узагальнити знання на тему уроку. Оцінити досягнення учнів. Визначити ставлення учнів до уроку, до спільної діяльності	Формує адекватну оцінку щодо виконання поставлених завдань уроку Стимулює учнів оцінювати свою діяльність на уроці, свої почуття та настрій	Аналізує свою діяльність, показує своє ставлення до уроку, почуття та настрій за допомогою символів.	Словесна, аналітична. Самоаналіз, самооцінка.	Задоволення від виконаної роботи, емоційне завершення уроку.

Плавлення

Плавлення- Це процес перетворення речовини з твердого стану в рідке.

Спостереження показують, що якщо подрібнений лід, що має, наприклад, температуру 10 ° С, залишити в теплій кімнаті, його температура буде підвищуватися. При 0 °С лід почне танути, а температура при цьому не змінюватиметься до тих пір, поки весь лід не перетвориться на рідину. Після цього температура води, що утворилася з льоду, буде підвищуватися.

Це означає, що кристалічні тіла, до яких належить і лід, плавляться за певної температури, яку називають температурою плавлення. Важливо, що під час процесу плавлення температура кристалічної речовини і рідини, що утворилася в процесі його плавлення, залишається незмінною.

В описаному вище досвіді лід отримував кілька теплоти, його внутрішня енергія збільшувалася рахунок збільшення середньої кінетичної енергії руху молекул. Потім лід плавився, його температура при цьому не змінювалася, хоча лід отримував певну кількість теплоти. Отже, його внутрішня енергія збільшувалася, але не рахунок кінетичної, а рахунок потенційної енергії взаємодії молекул. Одержувана ззовні енергія витрачається на руйнування кристалічних ґрат. Подібним чином відбувається плавлення будь-якого кристалічного тіла.

Аморфні тіла немає певної температури плавлення. При підвищенні температури вони поступово розм'якшуються, доки не перетворяться на рідину.

Кристалізація

Кристалізація- Це процес переходу речовини з рідкого стану в твердий стан. Охолоджуючись, рідина віддаватиме деяку кількість теплоти навколишньому повітрю. При цьому зменшуватиметься її внутрішня енергія за рахунок зменшення середньої кінетичної енергії його молекул. При певній температурі почнеться процес кристалізації, під час цього процесу температура речовини не змінюватиметься, доки вся речовина не перейде в твердий стан. Цей перехід супроводжується виділенням певної кількості теплоти і зменшенням внутрішньої енергії речовини рахунок зменшення потенційної енергії взаємодії його молекул.

Таким чином, перехід речовини з рідкого стану в твердий стан відбувається при певній температурі, яка називається температурою кристалізації. Ця температура залишається постійною протягом усього процесу плавлення. Вона дорівнює температурі плавлення цієї речовини.

На малюнку наведено графік залежності температури твердої кристалічної речовини від часу в процесі її нагрівання від кімнатної температури до температури плавлення, плавлення, нагрівання речовини в рідкому стані, охолодження рідкої речовини, кристалізації та подальшого охолодження речовини в твердому стані.

Питома теплота плавлення

Різні кристалічні речовини мають різну будову. Відповідно, для того щоб зруйнувати кристалічну решітку твердого тіла при температурі його плавлення, необхідно йому повідомити різну кількість теплоти.

Питома теплота плавлення- це кількість теплоти, яку необхідно повідомити 1 кг кристалічної речовини, щоб перетворити її на рідину при температурі плавлення. Досвід показує, що питома теплота плавлення дорівнює питомій теплоті кристалізації .

Питома теплота плавлення позначається буквою λ . Одиниця питомої теплоти плавлення - [λ] = 1 Дж/кг.

Значення питомої теплоти плавлення кристалічних речовин наведено у таблиці. Питома теплота плавлення алюмінію 3,9*105 Дж/кг. Це означає, що для плавлення 1 кг алюмінію при температурі плавлення необхідно витратити кількість теплоти 3,9*10 5 Дж. Цьому значенню дорівнює збільшення внутрішньої енергії 1 кг алюмінію.

Щоб обчислити кількість теплоти Q, необхідне для плавлення речовини масою m, взятого при температурі плавлення, слідує питома теплота плавлення λ помножити на масу речовини: Q = λm.

Ця формула використовується при обчисленні кількості теплоти, що виділяється при кристалізації рідини.

Енергія, яку отримує або втрачає тіло при теплопередачі, називається кількістю теплоти.Кількість теплоти залежить від маси тіла, від різниці температур тіла та від роду речовини.

[Q] = Дж або калоріях

1 кал– це кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання 1 г води на 1 про С.

Питома теплоємність- фізична величина, що дорівнює кількості теплоти, яку необхідно передати тілу масою 1 кг для того, щоб його температура змінилася на 1 про С.

[C] = Дж/кг про С

Питома теплоємність води 4200 Дж/кг про З. Це означає, що з нагрівання води масою 1 кг на 1 про З необхідно витратити 4200 Дж теплоти.

Питома теплоємність речовини, що у різних агрегатних станах, різна. Так, теплоємність льоду 2100 Дж/кг про С. Питома теплоємність води найбільша. У зв'язку з цим вода в морях та океанах, нагріваючись улітку, поглинає велику кількість теплоти. Взимку вода остигає та віддає велику кількість теплоти. Тому в районах, розташованих поблизу водойм, влітку не буває дуже спекотно, а взимку дуже холодно. Через високу теплоємність воду широко застосовують у техніці та побуті. Наприклад, в опалювальних системах будинків при охолодженні деталей під час їх обробки на верстатах, медицині (грілках) і т.д.

Зі зростанням температури твердих тіл та рідин зростає кінетична енергія їх частинок: вони починають коливатися з більшою швидкістю. При певній температурі, цілком визначеної даної речовини, сили тяжіння між частинками не в змозі утримати в вузлах кристалічної решітки (далекий порядок перетворюється на ближній), і кристал починає плавитися, тобто. речовина починає переходити у рідкий стан.

Плавлення – процес переходу речовини із твердого стану в рідкий.

Затвердіння (кристалізація)– процес переходу речовини з рідкого стану у твердий.

У процесі плавлення температура кристала залишається незмінною. Ця температура називається температурою плавлення. Кожна речовина має свою температуру плавлення. Знаходять за таблицею.

Постійність температури при плавленні має велике практичне значення, оскільки дозволяє градуювати термометри, виготовляти плавкі запобіжники та індикатори, які розплавляються за заданої температури. Знання температури плавлення різних речовин важливе і з суто побутової точки зору: інакше хто доручиться за те, що ця каструля чи сковорідка не розплавиться на вогні газового пальника?

Температура плавлення та рівна їй температура затвердіння - характерна ознака речовини. Ртуть плавиться і твердне при температурі -39 про С, тому в районах Крайньої Півночі ртутні термометри не використовують. Замість ртутних термометрів у цих широтах використовують спиртові (-114°С). Найбільш тугоплавким металом є вольфрам (3420 о С).

Кількість теплоти, необхідне для плавлення речовини, визначають за такою формулою:

Де m - маса речовини, - Питома теплота плавлення.

Дж/кг

Питома теплота плавлення –така кількість теплоти, яка потрібна для розплавлення 1 кг речовини, взятої при температурі плавлення. У кожної речовини своя. Її знаходять за таблицею.

Температура плавлення залежить від тиску. Для речовин, у яких обсяг під час плавлення зростає, підвищення тиску підвищує температуру плавлення і навпаки. У води обсяг при плавленні зменшується, і при підвищенні тиску лід плавиться за більш низької температури.

Білет № 14

Схожа інформація:

1. Question»Кількісний нетарифний захід обмеження експорту або імпорту товару певною кількістю або сумою на певний проміжок часу
2. А знаєте, як співвідноситься кількість речовини в атомі з обсягом атома?
3. Б. У тому, що провізор називає перший інгредієнт, що входить у пропис, а фармацевт по пам'яті називає всі взяті ним інгредієнти та їх кількість.