Удельная теплота плавления.
Мы
рассматривали график плавления и
отвердевания льда. Из графика видно,
что, пока лед плавится, температура его
не меняется. И лишь после того как весь
лед расплавится, температура образовавшейся
жидкости начинает повышаться. Но ведь
и во время процесса плавления лед
получает энергию от сгорающего в
нагревателе топлива. А из закона
сохранения энергии следует, что она не
может исчезнуть. На что же расходуется
энергия топлива во время плавления?
Мы знаем,
что в кристаллах молекулы (или атомы)
расположены в строгом порядке. Однако
и в кристаллах они находятся в тепловом
движении (колеблются). При нагревании
тела средняя скорость движения молекул
возрастает. Следовательно, возрастает
и их средняя кинетическая энергия и
температура. На графике это участок АВ
(см. рис. 16). Вследствие этого размах
колебаний молекул (или атомов)
увеличивается. Когда тело нагреется до
температуры плавления, то нарушится
порядок в расположении частиц в
кристаллах. Кристаллы теряют свою форму.
Вещество плавится, переходя из твердого
состояния в жидкое.
Следовательно,
вся энергия, которую получает
кристаллическое тело после того как
оно уже нагрето до температуры плавления,
расходуется на разрушение кристалла.
В связи с этим температура тела перестает
повышаться. На графике это участок BC.
Опыты
показывают, что для превращения различных
кристаллических веществ одной и той же
массы в жидкость при температуре
плавления требуется разное количество
теплоты.
Физическая
величина, показывающая, какое количество
теплоты необходимо сообщить кристаллическому
телу массой 1 кг, чтобы при температуре
плавления полностью перевести его в
жидкое состояние, называется удельной
теплотой плавления.
Удельную
теплоту плавления обозначают А (греч.
буква «лямбда» ). Ее единица — 1
.
Определяют удельную теплоту плавления
на опыте. Так, было установлено, что
удельная теплота плавления льда равна
3,4 • 10⁵
.
Это
означает, что для превращения куска
льда массой 1 кг, взятого при 0 ˚C, в воду
такой же температуры требуется затратить
3,4 • 10⁵ Дж энергии. А чтобы расплавить
брусок из свинца массой 1 кг, взятого
при его температуре плавления, потребуется
затратить 2,5 • 10⁴ Дж энергии.
Следовательно,
при температуре плавления внутренняя
энергия вещества в жидком состоянии
больше внутренней энергии такой же
массы вещества в твердом состоянии.
Чтобы
вычислить количество теплоты Q, необходимое
для плавления кристаллического тела
массой m, взятого при его
температуре плавления и нормальном
атмосферном давлении, нужно удельную
теплоту плавления λ умножить на массу
тела m: Q =λm.
Опыты
показывают, что при отвердевании
кристаллического вещества выделяется
точно такое же количество теплоты,
которое поглощается при его плавлении.
Так, при отвердевании воды массой 1 кг
при температуре 0 ˚C выделяется количество
теплоты, равное 3,4 • 10⁵ Дж. Точно такое
же количество теплоты требуется и для
плавления льда массой 1 кг при температуре
0 ˚C.
При
отвердевании вещества все происходит
в обратном порядке.
Средняя
кинетическая энергия и скорость молекул
в охлажденном расплавленном веществе
уменьшаются. Силы притяжения теперь
могут удерживать медленно движущиеся
молекулы друг около друга. Вследствие
этого расположение частиц становится
упорядоченным — образуется кристалл.
Выделяющаяся при кристаллизации энергия
расходуется на поддержание постоянной
температуры. На графике это участок EF.
Кристаллизация
облегчается, если в жидкости с самого
начала присутствуют какие-либо посторонние
частицы, например пылинки. Они становятся
центрами кристаллизации. В обычных
условиях в жидкости имеется множество
центров кристаллизации, около которых
и происходит образование кристалликов.
При кристаллизации происходит выделение
энергии и передача ее окружающим телам.
Количество теплоты, выделяющееся при
кристаллизации тела массой m,
определяется также по формуле :Q =λm.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Задача из решебника по физике за 8 класс, относится к разделу изменение агрегатного состояния различных веществ. Решение следующее.
Количество тепловой энергии равняется количеству энергии плавления.
Е= л . м, где л = 3,4 . 1000000 Дж кг, м =4 кг
Е= 3,4.1000000 .4 = 1369 кДж
автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
Tanyetta
[298K]
7 лет назад
По началу, вам хотела предложить обычный житейский способ. Для того, чтобы лед быстрее растаил, необходимо лить на него кипяток из только что закипевшего чайника. Так можно растопить глыбу в 4 килограмма за 1 час точно.
Ну, а если же речь идет о таком школьном предмете, как физика, то необходимо применить правильную формулу и посчитать. Вот так:
Правильным ответом к решению данной задачи будет: 1360 кДж (кило Джоулей ).
Марина Вологда
[295K]
5 лет назад
Данную задачу задают детям в 8 классе, даная задача идет под номером 4.
У автора вопроса немного не влезло окончание самого вопроса, так как в условии задачи стоит — при температуре 0°С, а это очень важное условие задачи. Иначе нам бы лед необходимо было нагревать до температуры ноль градусов. Полностью вопрос звучит так:
Сколько энергии нужно затратить, чтобы расплавить лед массой 4 кг при температуре 0°С.
Для начала пишем, что именно нам Дано:
Известна масса льда — 4 кг
Известна формула:
Принимаем за удельную теплоту плавления льда λ. Подставляем в формулу:
Отсюда Q равно:
Ответ: 1360 кДж или же 1,36 МДж
strekoza
[36.7K]
7 лет назад
Задачи такой сложности по физике решают в восьмом классе.
Необходимо знать, что количество энергии, которую нужно затратить, равно количеству теплоты, поглощаемому при плавлении вещества.
Для решения понадобится всего одна простая формула:
Также ответ можно выразить таким образом: 1360 кДж.
Марлена
[16.2K]
7 лет назад
Это типичная задача по физике, которую задают школьникам учителя.
Решается она таким образом:
Смотрим в таблице удельную теплоту плавления, в нашем случае она равна 3,4 умноженная на 10 в пятой степени. Дальше используем формулу
Умножаем 3,4 *10^5 * 4 = 13.6 * 10^5 дж.
Алинашка
[2.8K]
7 лет назад
Задача по физике:
Е= л . м, где л = 3,4 . 1000000 Дж кг, м =4 кг
Е= 3,4.1000000 .4 = 1369 кДж
Знаете ответ?
2017-11-29 19:46
Мы видели, что сосуд со льдом и водой, внесенный в теплую комнату, не нагревается до тех пор, пока весь лед не растает. При этом из льда при
получается вода при той же температуре. В это время к смеси лед — вода притекает теплота и, следовательно, внутренняя энергия этой смеси увеличивается. Отсюда мы должны сделать вывод, что внутренняя энергия воды при
больше, чем внутренняя энергия льда при той же температуре. Так как кинетическая энергия молекул, воды и льда при
одна и та же, то приращение внутренней энергии при плавлении является приращением потенциальной энергии молекул.
Опыт обнаруживает, что сказанное справедливо для всех кристаллов. При плавлении кристалла необходимо непрерывно увеличивать внутреннюю энергию системы, причем температура кристалла и расплава остается неизменной. Обычно увеличение внутренней энергии происходит при передаче кристаллу некоторого количества теплоты. Той же цели можно достигнуть и путем совершения работы, например трением. Итак, внутренняя энергия расплава всегда больше, чем внутренняя энергия такой же массы кристаллов при той же температуре. Это означает, что упорядоченное расположение частиц (в кристаллическом состоянии) соответствует меньшей энергии, чем неупорядоченное (в расплаве).
Количество теплоты, необходимое для перехода единицы массы кристалла в расплав той же температуры, называют удельной теплотой плавления кристалла. Она выражается в джоулях на килограмм
.
При затвердевании вещества теплота плавления выделяется и передается окружающим телам.
Определение удельной теплоты плавления тугоплавких тел (тел с высокой температурой плавления) представляет нелегкую задачу. Удельная теплота плавления такого легкоплавкого кристалла, как лед, может быть определена при помощи калориметра. Налив в калориметр, некоторое количество воды определенной температуры и бросив в нее известную массу льда, уже начавшего таять, т. е. имеющего температуру
, выждем, пока весь лед не растает и температура воды в калориметре примет неизменяющееся значение. Пользуясь законом сохранения энергии, составим уравнение теплового баланса (§ 209), позволяющее определить удельную теплоту плавления льда.
Пусть масса воды (включая водяной эквивалент калориметра) равна
масса льда —
, удельная теплоемкость воды —
, начальная температура воды —
, конечная —
, удельная теплота плавления льда —
. Уравнение теплового баланса имеет вид
,
откуда
.
В табл. 16 приведены значения удельной теплоты плавления некоторых веществ. Обращает на себя внимание большая теплота плавления льда. Это обстоятельство очень важно, так как оно замедляет таяние льда в природе. Будь удельная теплота плавления значительно меньше, весенние паводки были бы во много раз сильнее. Зная удельную теплоту плавления, мы можем рассчитать, какое количество теплоты необходимо для расплавления какого-либо тела. Если тело уже нагрето до точки плавления, то надо затратить теплоту только на плавление его. Если же оно имеет температуру ниже точки плавления, то надо еще потратить теплоту на нагревание.
Таблица 16.
| Вещество |
|
Вещество |
|
| Лед | 334 | Железо | 270 |
| Свинец | 23,1 | Ртуть | 11,8 |
| Медь | 214 |
269.1.
В сосуд с водой, хорошо защищенный от притока теплоты извне, бросают кусочки льда при
. Сколько можно бросить льда для того, чтобы он полностью растаял, если в сосуде имеется 500 г воды при
? Теплоемкость сосуда можно считать ничтожно малой по сравнению с теплоемкостью воды в нем. Удельная теплоемкость льда равна
.
Что такое удельная теплота плавления
Возьмем предварительно нагретое до температуры плавления вещество массой 1 кг. Будем сообщать ему тепловую энергию, чтобы расплавить это вещество.
Та энергия, которую мы затратим, чтобы расплавить 1 кг вещества, называется удельной теплотой плавления.
Эту теплоту называют удельной величиной, так как она приходится на 1 кг вещества.
Удельная теплота плавления — это энергия, которую мы затратим, чтобы расплавить 1 кг вещества, если это вещество предварительно было нагрето до температуры плавления.
Эту величину обозначают маленькой греческой буквой (large lambda) — лямбда.
(large lambda left( frac{text{Дж}}{text{кг}}right)) – удельная теплота плавления.
Примечания:
- Чтобы твердое кристаллическое тело начало плавиться, его нужно нагреть до температуры плавления.
- Температуру плавления различных веществ можно найти в справочнике физики.
- Если твердое кристаллическое тело плавится при температуре плавления, значит, оно будет затвердевать (кристаллизоваться) при этой же температуре, когда будет терять тепловую энергию.
- В физике применяются и другие удельные величины, например, удельная теплота сгорания топлива.
Перед тем, как расплавить вещество, нужно нагреть его до температуры плавления.
Процессы плавления и кристаллизации
Будем рассматривать такие процессы, как плавление и кристаллизация (затвердевание):
- плавление — тело получает тепловую энергию (количество теплоты);
- кристаллизация – тело отдает тепловую энергию в окружающее пространство.
Благодаря процессам кристаллизации зимой замерзает вода, образуется лед и можно кататься на коньках.
Весной, лед сначала нагреется от минусовой температуры до температуры плавления 0 градусов Цельсия, когда получит количество теплоты (тепловую энергию) от нагревающего его солнца. А затем, будет таять – то есть, плавиться, получая от солнца дополнительную тепловую энергию (теплоту). Покуда весь лед не расплавится, его температура подниматься не будет. Но как только весь лед превратится в воду, ее температура при нагревании начнет повышаться.
Чем отличается удельная теплота плавления от количества теплоты
Запомнить, чем удельная теплота плавления отличается от количества теплоты, можно так (рис. 1):
Рис. 1. Удельная теплота плавления и количество теплоты – это тепловая энергия, приходящаяся на различное количество килограммов
Количество теплоты – это энергия плавления нескольких килограммов вещества, предварительно нагретого до температуры плавления.
Удельная теплота плавления – это энергия плавления 1-го килограмма вещества, предварительно нагретого до температуры плавления.
Как связаны количество теплоты и удельная теплота плавления — формула
Если вещество предварительно нагрето до температуры плавления, и
Если известны:
- удельная теплота плавления вещества;
- количество килограммов вещества;
то легко посчитать общую тепловую энергию – т. е. количество теплоты.
Для этого используем формулу:
[large boxed{ Q = lambda cdot m }]
(large Q left( text{Дж} right) ) – количество теплоты, т. е. общая тепловая энергия;
(large lambda left( frac{text{Дж}}{text{кг}} right) ) – удельная теплота плавления (кристаллизации);
(large m left( text{кг} right) ) – масса вещества;
Примечание: Если умножить удельную теплоту плавления (large lambda ) на количество килограммов m расплавленного вещества, то можно вычислить общее количество теплоты (large Q ), затраченной на плавление.
Выводы
- Переход из твердого в жидкое состояние – это плавление, а из жидкого в твердое состояние – кристаллизация;
- Перед тем, как расплавить твердое кристаллическое вещество, нужно нагреть его до температуры плавления. Температуру плавления различных веществ можно найти в справочнике физики.
- Кристаллическое тело плавится и кристаллизуются при одной и той же температуре. Эту температуру называют температурой плавления (кристаллизации).
- Пока происходят процессы плавления и кристаллизации, температура не меняется.
- Во время плавления тело получает тепловую энергию (количество теплоты), а во время кристаллизации тело отдает тепловую энергию в окружающее пространство.
- Если 1 кг вещества предварительно нагрет до температуры плавления. То удельная теплота плавления – это тепловая энергия, необходимая для того, чтобы расплавить этот 1 килограмм вещества.
- Если вещество предварительно нагрето до температуры плавления, и нам известны его удельная теплота плавления и количество килограммов, то можно посчитать общее затраченное количество теплоты Q. Для этого нужно умножить удельную теплоту плавления (large lambda ) на количество килограммов m расплавленного вещества.
Оценка статьи:
Загрузка…
На
прошлых уроках мы с вами узнали, что процесс перехода вещества из твёрдого
состояния в жидкое, называется плавлением, а обратный процесс, т. е. переход
вещества из жидкого состояния в твёрдое, кристаллизацией или отвердеванием.
Также
мы выяснили, что в течение всего процесса плавления температура тела не
изменяется. И только когда тело полностью расплавиться, его температура
начнёт повышаться.
Однако
во время всего процесса плавления вещество получает энергию от какого-либо
нагревателя. А из закона сохранения энергии следует, что она не может просто
так исчезнуть. Тогда возникает закономерный вопрос: «На что расходуется энергия
топлива во время плавления вещества?»
Мы
уже с вами знаем, что в кристаллических телах молекулы расположены в определённом
строгом порядке. Однако даже в кристаллах молекулы совершают тепловое движение
— колеблются около своих положений равновесия. Естественно, что при увеличении
температуры тела, интенсивность этого колебания увеличивается, то есть
происходит изменение характера и амплитуды колебаний частиц.
Как
следствие, увеличивается и их средняя кинетическая энергия. А когда тело
нагреется до температуры плавления, то начнёт нарушаться порядок в расположении
молекул в кристаллической решётке. Кристаллы начинают разрушаться — вещество
плавится. Значит, подводимая в этот момент теплота идёт на разрушение
кристаллической упорядоченной структуры вещества.
Вы
знаете, что различные кристаллические вещества имеют разное строение — разные
кристаллические решётки.
Следовательно,
чтобы её разрушить при температуре плавления, необходимо затратить разную
энергию, то есть сообщить веществу разное количество теплоты.
Физическая
величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать твёрдому
телу массой 1 кг при температуре плавления для перехода в жидкость, называется
удельной теплотой плавления.
Обозначается
удельная теплота плавления греческой буквой λ (лямбда).
Разные
вещества имеют разную удельную теплоту плавления, значение которой определяют экспериментально:
Также
различные эксперименты показали, что удельная теплота плавления равна
удельной теплоте кристаллизации.
Из
таблицы видно, что, например, удельная теплота плавления ртути равна 12 000
Дж/кг. Это значит, что для перехода 1 кг ртути, имеющей температуру –39 оС,
из твёрдого состояния в жидкое она должна поглотить 12 000 Дж теплоты. При
обратном переходе столько же теплоты выделяет каждый килограмм ртути.
Также
из таблицы видно, что лёд имеет сравнительно большую удельную теплоту плавления
и кристаллизации. Это и объясняет затяжное таяние снега и льда озёр, рек и
других водоёмов, что позволяет избежать больших паводков. А так как теплоту лёд
поглощает из окружающей среды, то погода в это время, как правило, прохладная. И
наоборот, при замерзании озёр, рек и других водоёмов выделяется большое
количество энергии, что делает более тёплой позднюю осеннюю погоду.
Очевидно,
что если известно количество теплоты, необходимое для плавления 1 кг ртути при
температуре плавления, то для плавления 5 кг ртути нужно затратить количество
теплоты в 5 раз больше, то есть 60 000 Дж.
Таким
образом, чтобы вычислить количество теплоты необходимое для плавления вещества
массой m взятого при температуре
плавления, следует удельную теплоту плавления этого вещества умножить на его
массу:
Q
= λm
Эта
же формула используется при вычислении количества теплоты, выделяющегося при
кристаллизации жидкости.
Пример
решения задачи.
Определите,
какое количество теплоты поглощает лёд при 0 оС, если образовалось 5
кг воды?