A energia que um corpo ganha ou perde durante a transferência de calor é chamada a quantidade de calor. A quantidade de calor depende da massa do corpo, da diferença de temperatura do corpo e do tipo de substância.
[Q]=J ou calorias
1 calé a quantidade de calor necessária para elevar em 1°C a temperatura de 1 g de água.
Calor específico- uma quantidade física igual à quantidade de calor que deve ser transferida para um corpo com massa de 1 kg para que sua temperatura varie 1 ° C.
[C] \u003d J / kg sobre C
O calor específico da água é de 4200 J / kg o C. Isso significa que para aquecer 1 kg de água em 1 o C, devem ser gastos 4200 J de calor.
A capacidade de calor específico de uma substância em diferentes estados de agregação é diferente. Assim, o calor específico do gelo é 2100 J/kg o C. O calor específico da água é o maior. Nesse sentido, a água dos mares e oceanos, esquentando no verão, absorve grande quantidade de calor. No inverno, a água esfria e libera uma grande quantidade de calor. Portanto, em áreas localizadas próximas a corpos d'água, não faz muito calor no verão e faz muito frio no inverno. Devido à sua alta capacidade calorífica, a água é amplamente utilizada na engenharia e no dia a dia. Por exemplo, nos sistemas de aquecimento de casas, ao resfriar peças durante o processamento em máquinas-ferramentas, remédios (aquecedores) etc.
Com o aumento da temperatura de sólidos e líquidos, a energia cinética de suas partículas aumenta: elas começam a oscilar em uma velocidade maior. A uma certa temperatura, que é bastante definida para uma determinada substância, as forças de atração entre as partículas não são mais capazes de mantê-las nos nós da rede cristalina (a ordem de longo alcance se transforma em ordem de curto alcance), e o cristal começa a derreter, ou seja. a matéria começa a se liquefazer.
Derretendo – o processo de mudança de uma substância do estado sólido para o estado líquido.
Endurecimento (cristalização)– o processo de mudança de uma substância do estado líquido para o estado sólido.
Durante o processo de fusão, a temperatura do cristal permanece constante. Essa temperatura é chamada ponto de fusão. Cada substância tem seu próprio ponto de fusão. Encontre de acordo com a tabela.
A constância da temperatura durante a fusão é de grande importância prática, pois permite calibrar termômetros, fazer fusíveis e indicadores que fundem a uma temperatura estritamente especificada. Conhecer o ponto de fusão de várias substâncias também é importante do ponto de vista puramente cotidiano: caso contrário, quem pode garantir que essa panela ou frigideira não derreterá no fogo de um queimador de gás?
O ponto de fusão e a temperatura de solidificação igual a ele são características de uma substância. O mercúrio derrete e solidifica a uma temperatura de -39 o C, portanto, termômetros de mercúrio não são usados no Extremo Norte. Em vez de termômetros de mercúrio nessas latitudes, são usados termômetros de álcool (-114 o C). O metal mais refratário é o tungstênio (3420 o C).
A quantidade de calor necessária para derreter uma substância é determinada pela fórmula:
Onde m é a massa da substância, é o calor específico de fusão.
j/kg
Calor específico de fusão - a quantidade de calor necessária para fundir 1 kg de uma substância em seu ponto de fusão. Cada substância tem a sua. Encontra-se na tabela.
O ponto de fusão de uma substância depende da pressão. Para substâncias cujo volume aumenta com a fusão, um aumento na pressão aumenta o ponto de fusão e vice-versa. Na água, o volume diminui durante o derretimento e, quando a pressão aumenta, o gelo derrete a uma temperatura mais baixa.
Bilhete número 14
Na física, a fusão refere-se ao processo de transformação de um corpo do estado sólido para o estado líquido, sob a influência da temperatura. O clássico exemplo onipresente de fusão na vida é o derretimento do gelo, transformando-o em água ou transformando um pedaço sólido de estanho em solda líquida sob a ação de um ferro de solda. A transferência de uma certa quantidade de calor para um ou outro corpo pode alterar seu estado de agregação, essa incrível propriedade dos sólidos de se transformarem em líquidos sob a influência da temperatura é de grande importância para a ciência e a tecnologia. É importante para os cientistas (assim como técnicos, engenheiros) saber a que temperaturas certos metais (e às vezes não apenas metais) derretem e, para isso, um conceito como “calor específico de fusão” entrou na física. Sobre o que significa o calor específico da fusão, qual é sua fórmula de cálculo, continue lendo.
Por que um sólido se torna líquido?
Mas vamos primeiro dar uma olhada em como o próprio processo de fusão ocorre no nível atômico-molecular. Como sabemos, em qualquer corpo sólido, todos os átomos e moléculas são claros e ordenados nos nós, graças a isso, o corpo sólido é sólido.
Mas o que acontece se começarmos a aquecer fortemente esse corpo sólido mais hipotético - sob a influência da temperatura, átomos e moléculas aumentam drasticamente sua energia cinética e, ao atingir certos valores críticos, começam a deixar a rede cristalina, a sair dela. E o próprio sólido começa a se desintegrar literalmente, transformando-se em uma espécie de substância líquida - é assim que ocorre o derretimento.
Nesse caso, o processo de fusão não ocorre abruptamente, mas gradualmente. É importante notar também que a fusão refere-se a processos endotérmicos, ou seja, processos nos quais o calor é absorvido.
O processo inverso à fusão é chamado de cristalização - é quando um corpo do estado líquido, ao contrário, se transforma em sólido. Se você deixar a água no freezer, ela se transformará em gelo depois de um tempo - este é o exemplo mais típico de cristalização da vida real.
Determinação do calor específico de fusão
O calor específico de fusão é uma quantidade física igual à quantidade de calor (em joules) que deve ser transferida a um corpo sólido de 1 kg para convertê-lo completamente em estado líquido. O calor específico de fusão é indicado pela letra grega "lambda" - λ.
A fórmula do calor específico de fusão é:
Onde m é a massa da substância em fusão e Q é a quantidade de calor transferida para a substância durante a fusão.
Conhecendo o valor do calor específico de fusão, podemos determinar quanto calor deve ser transferido para um corpo com uma determinada massa, para sua fusão completa:
Para diferentes substâncias, o calor específico de fusão foi determinado experimentalmente.
Unidade de calor específico de fusão
Muitos estão interessados na questão em que unidades o calor específico da fusão é medido. Assim, o calor específico de fusão é medido em Joules por quilograma - J / kg.
Tabela de calor específico de fusão
O valor do calor específico para diferentes substâncias: ouro, prata, zinco, estanho e muitos outros metais pode ser encontrado em tabelas especiais e livros de referência. Normalmente esses valores são dados em forma de tabela.
Sua atenção para a tabela de calor específico de fusão de diferentes substâncias
Um fato interessante: o metal mais refratário hoje é o carboneto de tântalo - TaC. Para sua fusão, é necessária uma temperatura de 3990 C. Os revestimentos TaC são usados para proteger os moldes de metal nos quais as peças de alumínio são fundidas
- Enokhovich A. S. Breve livro de referência sobre física. - M.: "Escola Superior", 1976. - S. 114. - 288 p.
- Atkins, Peter & Jones, Loretta (2008), Chemical Principles: The Quest for Insight (4ª ed.), W. H. Freeman and Company, p. 236, ISBN 0-7167-7355-4
- Hoffer J. K., Gardner W. R., Waterfield C. G., Phillips N. E. Propriedades termodinâmicas de 4He. II. A fase bcc e os diagramas de fase P-T e VT abaixo de 2 K // Journal of Low Temperature Physics (English) Russian. : Diário. - 1976. - Abril (vol. 23, nº 1). - P. 63-102. - DOI:10.1007/BF00117245. - Código Bib: 1976JLTP…23…63H.
Calor específico de fusão, vídeo
Vimos que um recipiente com gelo e água colocado em uma sala quente não aquece até que todo o gelo tenha derretido. Ao mesmo tempo, a água é obtida do gelo na mesma temperatura. Nesse momento, o calor flui para a mistura gelo-água e, consequentemente, a energia interna dessa mistura aumenta. A partir disso, devemos concluir que a energia interna da água em é maior que a energia interna do gelo na mesma temperatura. Como a energia cinética das moléculas, da água e do gelo é a mesma, o incremento na energia interna durante a fusão é um incremento na energia potencial das moléculas.
A experiência mostra que o que foi dito vale para todos os cristais. Quando um cristal funde, é necessário aumentar continuamente a energia interna do sistema, enquanto a temperatura do cristal e do fundido permanece inalterada. Normalmente, ocorre um aumento na energia interna quando uma certa quantidade de calor é transferida para o cristal. O mesmo objetivo pode ser alcançado realizando trabalho, por exemplo, por atrito. Assim, a energia interna do fundido é sempre maior que a energia interna da mesma massa de cristais na mesma temperatura. Isso significa que o arranjo ordenado das partículas (no estado cristalino) corresponde a uma energia menor do que o arranjo desordenado (no estado fundido).
A quantidade de calor necessária para transferir uma unidade de massa de um cristal para um fundido da mesma temperatura é chamada de calor específico de fusão do cristal. É expresso em joules por quilograma.
Quando uma substância solidifica, o calor da fusão é liberado e transferido para os corpos circundantes.
Determinar o calor específico de fusão de corpos refratários (corpos com alto ponto de fusão) não é uma tarefa fácil. O calor específico de fusão de um cristal de baixo ponto de fusão como o gelo pode ser determinado usando um calorímetro. Depois de despejar no calorímetro uma certa quantidade de água de uma certa temperatura e jogar nela uma massa conhecida de gelo que já começou a derreter, ou seja, tendo uma temperatura, esperamos até que todo o gelo derreta e a temperatura do a água no calorímetro assume um valor constante. Usando a lei de conservação de energia, vamos compor a equação de balanço de calor (§ 209), que nos permite determinar o calor específico de derretimento do gelo.
Deixe a massa de água (incluindo o equivalente de água do calorímetro) ser igual à massa de gelo - , calor específico da água - , temperatura inicial da água - , final - , calor específico de fusão do gelo - . A equação do balanço térmico tem a forma
.
Na tabela. 16 mostra os valores do calor específico de fusão de algumas substâncias. Digno de nota é o alto calor do gelo derretido. Essa circunstância é muito importante, pois retarda o derretimento do gelo na natureza. Se o calor específico de fusão fosse muito menor, as inundações da primavera seriam muitas vezes mais fortes. Conhecendo o calor específico de fusão, podemos calcular quanto calor é necessário para derreter qualquer corpo. Se o corpo já estiver aquecido até o ponto de fusão, o calor deve ser gasto apenas para derretê-lo. Se tiver uma temperatura abaixo do ponto de fusão, é necessário gastar calor no aquecimento.
Tabela 16
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Substância |
Substância |
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- Calor específico de fusão (também: entalpia de fusão; existe também um conceito equivalente de calor específico de cristalização) - a quantidade de calor que deve ser transmitida a uma unidade de massa de uma substância cristalina em um processo isobárico-isotérmico de equilíbrio para para transferi-lo de um estado sólido (cristalino) para um líquido (mesmo a quantidade de calor liberada durante a cristalização de uma substância).
Unidade de medida - J/kg. O calor de fusão é um caso especial do calor de uma transição de fase termodinâmica.
Conceitos relacionados
Volume molar Vm - o volume de um mol de uma substância (substância simples, composto químico ou mistura) a uma determinada temperatura e pressão; a quantidade obtida dividindo a massa molar M de uma substância por sua densidade ρ: assim, Vm = M/ρ. O volume molar caracteriza a densidade de empacotamento das moléculas em uma determinada substância. Para substâncias simples, o termo volume atômico às vezes é usado.
As leis de Raoult são o nome geral das leis quantitativas descobertas pelo químico francês F. M. Raul em 1887, que descrevem algumas propriedades coligativas (dependendo da concentração, mas não da natureza do soluto) das soluções.
O hidrogênio sólido é um estado sólido de agregação de hidrogênio com ponto de fusão de -259,2 ° C (14,16 K), densidade de 0,08667 g / cm³ (a -262 ° C). Massa semelhante à neve branca, cristais hexagonais, grupo espacial P6/mmc, parâmetros celulares a = 0,378 nm, c = 0,6167 nm. Em alta pressão, o hidrogênio presumivelmente passa para um estado metálico sólido (ver Hidrogênio Metálico).
O hélio líquido é o estado líquido de agregação do hélio. É um líquido transparente incolor fervendo a uma temperatura de 4,2 K (para o isótopo 4He à pressão atmosférica normal). A densidade do hélio líquido a uma temperatura de 4,2 K é de 0,13 g/cm³. Possui baixo índice de refração, o que dificulta a visualização.
Ponto de inflamação - a temperatura mais baixa de uma substância condensada volátil na qual os vapores acima da superfície da substância são capazes de piscar no ar sob a influência de uma fonte de ignição; no entanto, a combustão estável não ocorre após a remoção da fonte de ignição. Flash - combustão rápida de uma mistura de vapores de uma substância volátil com ar, acompanhada por um brilho visível de curto prazo. O ponto de fulgor deve ser diferenciado da temperatura de ignição na qual uma substância combustível é capaz de independentemente ...
Ledeburita - um componente estrutural de Danya, gosta muito de Sashul de ligas de ferro-carbono, principalmente ferros fundidos, que é uma mistura eutética de austenita e cementita na faixa de temperatura de 727-1147 ° C, ou ferrita e cementita abaixo de 727 ° C. Nomeado após o metalúrgico alemão Carl Heinrich Adolf Ledebour, que descobriu "grãos de carboneto de ferro" em ferros fundidos em 1882.
O calor de uma transição de fase é a quantidade de calor que deve ser transmitida a uma substância (ou removida dela) durante uma transição de equilíbrio isobárica-isotérmica de uma substância de uma fase para outra (transição de fase do primeiro tipo - ebulição, fusão , cristalização, transformação polimórfica, etc.).
Piroforicidade (do outro grego πῦρ "fogo, calor" + grego φορός "rolamento") - a capacidade de um material sólido em um estado finamente dividido de se auto-incendiar no ar na ausência de aquecimento.
Temperatura de autoignição - a temperatura mais baixa de uma substância combustível, quando aquecida à qual ocorre um aumento acentuado na taxa de reações volumétricas exotérmicas, levando a uma combustão ou explosão ardente.
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Uma solução é um sistema homogêneo (mais precisamente, uma fase) que consiste em dois ou mais componentes e produtos de sua interação.
O efeito Pomeranchuk é uma natureza anômala da transição de fase de cristal líquido do isótopo de hélio leve 3He, que se expressa na liberação de calor durante a fusão (e na absorção de calor durante a formação de uma fase sólida).
Solidus (lat. solidus "sólido") - uma linha nos diagramas de fase na qual as últimas gotas do fundido desaparecem ou a temperatura na qual o componente mais fusível derrete. Linha,
Fluoreto de lítio, fluoreto de lítio é um composto químico binário de lítio e flúor com a fórmula LiF, sal de lítio do ácido fluorídrico. Em condições normais - pó branco ou cristal incolor transparente, não higroscópico, quase insolúvel em água. Solúvel em ácido nítrico e fluorídrico.
O estado vítreo é um estado metaestável amorfo sólido de uma substância na qual não há rede cristalina pronunciada, elementos condicionais de cristalização são observados apenas em aglomerados muito pequenos (na chamada "ordem média"). Normalmente são misturas (solução associada super-resfriada) nas quais a criação de uma fase sólida cristalina é difícil por razões cinéticas.
Hidrogênio astatine é um composto químico cuja fórmula é HAt. Ácido gasoso fraco. Pouco se sabe sobre o hidrogênio astatide devido à extrema instabilidade causada por isótopos de astatine em rápida decomposição.
Hidrogênio (H, lat. Hydrogenium) é um elemento químico do sistema periódico com a designação H e número atômico 1. Tendo 1 a. e.m., o hidrogênio é o elemento mais leve da tabela periódica. Sua forma monoatômica (H) é a substância química mais abundante no universo, representando aproximadamente 75% de toda a massa do bárion. As estrelas, exceto as compactas, consistem principalmente de plasma de hidrogênio. O isótopo mais comum de hidrogênio, chamado protium (o nome raramente é usado; a designação ...
Ponto de congelamento (também temperatura de cristalização, temperatura de solidificação) - a temperatura na qual uma substância passa por uma transição de fase de um estado líquido para um estado sólido. Geralmente coincide com o ponto de fusão. A formação de cristais ocorre em uma temperatura específica da substância que varia ligeiramente com a pressão; em corpos amorfos não cristalinos (por exemplo, em vidro), a solidificação ocorre em uma determinada faixa de temperatura. No caso de corpos amorfos, a temperatura de fusão ...
Evaporação - o processo de transição de fase de uma substância de um estado líquido para um estado de vapor ou gasoso, ocorrendo na superfície de uma substância. O processo de evaporação é o inverso do processo de condensação (transição de vapor para líquido). Durante a evaporação, as partículas (moléculas, átomos) voam (rasgam) da superfície de um líquido ou sólido, enquanto sua energia cinética deve ser suficiente para realizar o trabalho necessário para superar as forças de atração de outras moléculas do líquido. .
Adsorção (do latim ad - on, at, in; sorbeo - absorvo) é um processo espontâneo de aumentar a concentração de uma substância dissolvida na interface de duas fases (fase sólida - líquida, fase condensada - gás) devido a forças descompensadas de interação intermolecular na separação de fases. A adsorção é um caso especial de sorção, o processo inverso de adsorção - dessorção.
Bainita (em homenagem ao metalúrgico inglês E. Bain, inglês Edgar Bain), troostita acicular, estrutura de aço resultante da chamada transformação intermediária da austenita. A bainita consiste em uma mistura de partículas de ferrita supersaturadas com carbono e carboneto de ferro. A formação da bainita é acompanhada pelo aparecimento de um microrrelevo característico na superfície polida da seção.
O criptônio é um elemento químico com número atômico 36. Pertence ao 18º grupo da tabela periódica dos elementos químicos (de acordo com a forma abreviada desatualizada do sistema periódico, pertence ao subgrupo principal do grupo VIII, ou ao grupo VIIIA) , está no quarto período da tabela. A massa atômica do elemento é 83,798(2) a. e. m.. É indicado pelo símbolo Kr (do latim Krypton). A substância simples criptônio é um gás monoatômico inerte, sem cor, sabor ou cheiro.
Equivalente eletroquímico (equivalente eletrolítico obsoleto) - a quantidade de uma substância que deve ser liberada durante a eletrólise no eletrodo, de acordo com a lei de Faraday, quando uma unidade de eletricidade passa pelo eletrólito. O equivalente eletroquímico é medido em kg/C. Lothar Meyer usou o termo equivalente eletrolítico.
Sistemas coloidais, colóides (grego antigo κόλλα - cola + εἶδος - vista; "semelhante a cola") - sistemas dispersos intermediários entre soluções verdadeiras e sistemas grosseiros - suspensões nas quais partículas discretas, gotas ou bolhas da fase dispersa, com tamanho de pelo menos estaria em uma das medições de 1 a 1000 nm, distribuídos em um meio de dispersão, geralmente contínuo, diferente do primeiro em composição ou estado de agregação. Em sistemas coloidais livremente dispersos (fumos, sóis), as partículas não precipitam...
Ferrite (lat. ferrum - ferro), um componente de fase de ligas de ferro, que é uma solução sólida de carbono e elementos de liga em α-ferrite (α-ferrite). Possui uma rede cristalina cúbica de corpo centrado. É um componente de fase de outras estruturas, por exemplo, perlita, consistindo de ferrita e cementita.
Cristalização (do grego κρύσταλλος, originalmente - gelo, depois - cristal de rocha, cristal) - o processo de formação de cristais a partir de gases, soluções, derretimentos ou vidros. A cristalização também é chamada de formação de cristais com uma determinada estrutura a partir de cristais de uma estrutura diferente (transformações polimórficas) ou o processo de transição de um estado líquido para um estado cristalino sólido. Graças à cristalização, ocorre a formação de minerais e gelo, esmalte dentário e ossos de organismos vivos. O crescimento simultâneo de uma grande...
Calorímetro (do latim calor - calor e metor - medida) - um dispositivo para medir a quantidade de calor liberado ou absorvido em qualquer processo físico, químico ou biológico. O termo "calorímetro" foi proposto por A. Lavoisier e P. Laplace (1780).
A vitrificação é uma característica média das dimensões das cavidades internas (canais, poros) de um corpo poroso ou partículas de uma fase triturada de um sistema disperso.
Para derreter qualquer substância no estado sólido, é necessário aquecê-la. E quando qualquer corpo é aquecido, uma característica curiosa é notada
A peculiaridade é esta: a temperatura do corpo sobe até o ponto de fusão e depois para até que todo o corpo passe para o estado líquido. Após o derretimento, a temperatura começa a subir novamente, se, é claro, o aquecimento continuar. Ou seja, há um período de tempo em que aquecemos o corpo, mas ele não esquenta. Para onde vai a energia térmica que usamos? Para responder a esta pergunta, devemos olhar para dentro do corpo.
Em um sólido, as moléculas são arranjadas em uma certa ordem na forma de cristais. Eles praticamente não se movem, apenas oscilando levemente no lugar. Para que uma substância passe para o estado líquido, as moléculas devem receber energia adicional para que possam escapar da atração das moléculas vizinhas nos cristais. Ao aquecer o corpo, damos às moléculas essa energia necessária. E até que todas as moléculas recebam energia suficiente e todos os cristais sejam destruídos, a temperatura do corpo não sobe. Experimentos mostram que diferentes substâncias da mesma massa requerem diferentes quantidades de calor para derretê-la completamente.
Ou seja, existe um certo valor do qual depende, quanto calor deve ser absorvido por uma substância para derreter. E esse valor é diferente para diferentes substâncias. Esse valor na física é chamado de calor específico de fusão de uma substância. Mais uma vez, como resultado de experimentos, os valores do calor específico de fusão para várias substâncias foram estabelecidos e coletados em tabelas especiais das quais essas informações podem ser obtidas. O calor específico de fusão é denotado pela letra grega λ (lambda), e a unidade de medida é 1 J/kg.
Calor específico da fórmula de fusão
O calor específico de fusão é encontrado pela fórmula:
onde Q é a quantidade de calor necessária para fundir um corpo de massa m.
Mais uma vez, sabe-se por experimentos que, durante a solidificação, as substâncias emitem a mesma quantidade de calor que foi necessária para sua fusão. As moléculas, perdendo energia, formam cristais, sendo incapazes de resistir à atração de outras moléculas. E, novamente, a temperatura do corpo não diminuirá até o momento em que todo o corpo se solidificar e até que toda a energia gasta em seu derretimento seja liberada. Ou seja, o calor específico de fusão mostra quanta energia deve ser gasta para fundir um corpo de massa m, e quanta energia será liberada durante a solidificação desse corpo.
Por exemplo, o calor específico de fusão da água no estado sólido, ou seja, o calor específico de fusão do gelo é 3,4 * 105 J / kg. Esses dados nos permitem calcular quanta energia é necessária para derreter o gelo de qualquer massa. Conhecendo também o calor específico do gelo e da água, é possível calcular exatamente quanta energia é necessária para um determinado processo, por exemplo, derreter gelo com massa de 2 kg e temperatura de -30°C e trazer o água resultante para ferver. Essas informações para várias substâncias são muito necessárias na indústria para calcular o consumo real de energia na produção de qualquer mercadoria.
