Energija, ki jo telo pridobi ali izgubi pri prenosu toplote, se imenuje količino toplote. Količina toplote je odvisna od mase telesa, od temperaturne razlike telesa in od vrste snovi.
[Q]=J ali kalorije
1 kal je količina toplote, ki je potrebna, da se temperatura 1 g vode segreje za 1 °C.
Specifična toplota- fizikalna količina, ki je enaka količini toplote, ki jo je treba prenesti na telo z maso 1 kg, da se njegova temperatura spremeni za 1 ° C.
[C] \u003d J / kg približno C
Specifična toplotna kapaciteta vode je 4200 J/kg o C. To pomeni, da je treba za segrevanje 1 kg vode za 1 o C porabiti 4200 J toplote.
Specifična toplotna kapaciteta snovi v različnih agregatnih stanjih je različna. Tako je toplotna kapaciteta ledu 2100 J/kg o C. Specifična toplotna kapaciteta vode je največja. V zvezi s tem voda v morjih in oceanih, ki se poleti segreva, absorbira veliko količino toplote. Pozimi se voda ohladi in odda veliko količino toplote. Zato na območjih, ki se nahajajo v bližini vodnih teles, poleti ni zelo vroče in pozimi zelo hladno. Zaradi visoke toplotne kapacitete se voda pogosto uporablja v tehniki in vsakdanjem življenju. Na primer v ogrevalnih sistemih hiš, pri hlajenju delov med njihovo obdelavo na obdelovalnih strojih, medicini (grelci) itd.
S povečanjem temperature trdnih snovi in tekočin se poveča kinetična energija njihovih delcev: začnejo nihati z večjo hitrostjo. Pri določeni temperaturi, ki je za dano snov povsem določena, privlačne sile med delci ne morejo več zadržati le-teh na vozliščih kristalne mreže (daljnji red se spremeni v kratkoročnega), in kristal se začne topiti, tj. snov se začne utekočinjati.
Taljenje – proces spreminjanja snovi iz trdnega v tekoče stanje.
Utrjevanje (kristalizacija)– proces spreminjanja snovi iz tekočega v trdno stanje.
Med procesom taljenja ostane temperatura kristala konstantna. Ta temperatura se imenuje tališče. Vsaka snov ima svoje tališče. Poiščite po tabeli.
Konstantnost temperature med taljenjem je velikega praktičnega pomena, saj omogoča kalibracijo termometrov, izdelavo varovalk in indikatorjev, ki se talijo pri strogo določeni temperaturi. Poznavanje tališča različnih snovi je pomembno tudi s čisto vsakdanjega vidika: sicer, kdo jamči, da se ta lonec ali ponev ne bo stopil na ognju plinskega gorilnika?
Tališče in njemu enaka temperatura strjevanja sta značilni lastnosti snovi. Živo srebro se tali in strjuje pri temperaturi -39 o C, zato živosrebrnih termometrov na skrajnem severu ne uporabljajo. Namesto živosrebrnih termometrov se v teh zemljepisnih širinah uporabljajo alkoholni termometri (-114 o C). Najbolj ognjevarna kovina je volfram (3420 o C).
Količina toplote, ki je potrebna za taljenje snovi, je določena s formulo:
Kjer je m masa snovi, je specifična talilna toplota.
j/kg
Specifična talilna toplota - količina toplote, potrebna za taljenje 1 kg snovi pri njenem tališču. Vsaka snov ima svojega. Najdete ga v tabeli.
Tališče snovi je odvisno od tlaka. Pri snoveh, katerih prostornina se s taljenjem poveča, se z zvišanjem tlaka zviša tališče in obratno. Pri vodi se med taljenjem prostornina zmanjšuje, ob povečanju tlaka pa se led tali pri nižji temperaturi.
Številka vstopnice 14
V fiziki se taljenje nanaša na proces pretvorbe telesa iz trdnega v tekoče stanje pod vplivom temperature. Klasičen vseprisoten primer taljenja v življenju je taljenje ledu, njegovo spreminjanje v vodo ali spreminjanje trdnega kosa kositra v tekočo spajko pod delovanjem spajkalnika. Prenos določene količine toplote na eno ali drugo telo lahko spremeni njegovo agregatno stanje, ta neverjetna lastnost trdnih snovi, da se pod vplivom temperature spremenijo v tekočine, je zelo pomembna za znanost in tehnologijo. Za znanstvenike (pa tudi tehnike, inženirje) je pomembno vedeti, pri katerih temperaturah se talijo določene kovine (in včasih ne le kovine), zato je v fiziko vstopil tak koncept, kot je "specifična talilna toplota". O tem, kaj pomeni specifična talilna toplota, kakšna je njena formula za izračun, preberite naprej.
Zakaj trdna snov postane tekoča?
Toda najprej si poglejmo, kako poteka sam proces taljenja na atomsko-molekularni ravni. Kot vemo, so v vsakem trdnem telesu vsi atomi in molekule jasno in urejeni na vozliščih, zahvaljujoč temu je trdno telo trdno.
Toda kaj se zgodi, če to najbolj hipotetično trdno telo začnemo močno segrevati - pod vplivom temperature atomi in molekule močno povečajo svojo kinetično energijo in ko dosežejo določene kritične vrednosti, začnejo zapuščati kristalno mrežo, se lomijo iz nje. In sama trdna snov se začne dobesedno razpadati in se spremeni v nekakšno tekočo snov - tako pride do taljenja.
V tem primeru se proces taljenja ne pojavi nenadoma, ampak postopoma. Omeniti velja tudi, da se taljenje nanaša na endotermne procese, torej na procese, pri katerih se toplota absorbira.
Proces, ki je obraten od taljenja, se imenuje kristalizacija - to je, ko se telo iz tekočega stanja, nasprotno, spremeni v trdno. Če vodo pustite v zamrzovalniku, se bo čez nekaj časa spremenila v led – to je najbolj značilen primer kristalizacije iz resničnega življenja.
Določanje specifične talilne toplote
Specifična talilna toplota je fizikalna količina, ki je enaka količini toplote (v joulih), ki jo je treba prenesti na trdno telo z maso 1 kg, da ga popolnoma prevedemo v tekoče stanje. Specifična talilna toplota je označena z grško črko "lambda" - λ.
Formula za specifično toploto taljenja je:
Kjer je m masa talilne snovi, Q pa količina toplote, ki se med taljenjem prenese na snov.
Če poznamo vrednost specifične toplote taljenja, lahko ugotovimo, koliko toplote je treba prenesti na telo z določeno maso, da se popolnoma tali:
Za različne snovi smo eksperimentalno določili specifično talilno toploto.
Enota za specifično talilno toploto
Mnogi se zanimajo za vprašanje, v katerih enotah se meri specifična toplota taljenja. Torej se specifična talilna toplota meri v Joulih na kilogram - J / kg.
Tabela specifične talilne toplote
Vrednost specifične toplote za različne snovi: zlato, srebro, cink, kositer in številne druge kovine najdete v posebnih tabelah in referenčnih knjigah. Običajno so te vrednosti podane v obliki tabele.
Vaša pozornost na tabelo specifične toplote taljenja različnih snovi
Zanimivo dejstvo: najbolj ognjevzdržna kovina danes je tantalov karbid - TaC. Za njegovo taljenje je potrebna temperatura 3990 C. TaC prevleke se uporabljajo za zaščito kovinskih kalupov, v katere se vlivajo aluminijasti deli.
- Enokhovich A. S. Kratek priročnik o fiziki. - M.: "Višja šola", 1976. - S. 114. - 288 str.
- Atkins, Peter & Jones, Loretta (2008), Chemical Principles: The Quest for Insight (4. izdaja), W. H. Freeman and Company, str. 236, ISBN 0-7167-7355-4
- Hoffer J. K., Gardner W. R., Waterfield C. G., Phillips N. E. Termodinamične lastnosti 4He. II. Faza bcc in fazni diagrami P-T in VT pod 2 K // Journal of Low Temperature Physics (angleško) rusko. : revija. - 1976. - April (zv. 23, št. 1). - Str. 63-102. - DOI:10.1007/BF00117245. - Bibcode: 1976JLTP…23…63H.
Specifična talilna toplota, video
Videli smo, da se posoda z ledom in vodo, ki jo prinesemo v toplo sobo, ne segreje, dokler se ves led ne stopi. Hkrati se voda pridobiva iz ledu pri enaki temperaturi. V tem času toplota teče v mešanico ledu in vode in posledično se poveča notranja energija te mešanice. Iz tega moramo sklepati, da je notranja energija vode pri večja od notranje energije ledu pri enaki temperaturi. Ker je kinetična energija molekul, vode in ledu enaka, je povečanje notranje energije med taljenjem povečanje potencialne energije molekul.
Izkušnje kažejo, da povedano velja za vse kristale. Ko se kristal tali, je potrebno nenehno povečevati notranjo energijo sistema, temperatura kristala in taline pa ostaja nespremenjena. Običajno pride do povečanja notranje energije, ko se določena količina toplote prenese na kristal. Isti cilj lahko dosežemo z delom, na primer s trenjem. Torej je notranja energija taline vedno večja od notranje energije enake mase kristalov pri isti temperaturi. To pomeni, da urejena razporeditev delcev (v kristalnem stanju) ustreza nižji energiji kot neurejena razporeditev (v talini).
Količina toplote, ki je potrebna za prenos enote mase kristala v talino enake temperature, se imenuje specifična talilna toplota kristala. Izražena je v joulih na kilogram.
Ko se snov strdi, se talilna toplota sprosti in prenese na okoliška telesa.
Določanje specifične talilne toplote ognjevarnih teles (teles z visokim tališčem) ni lahka naloga. Specifično talilno toploto takšnega kristala z nizkim tališčem, kot je led, lahko določimo s kalorimetrom. Ko v kalorimeter nalijemo določeno količino vode določene temperature in vanjo vržemo znano maso ledu, ki se je že začela topiti, tj. ima temperaturo, počakamo, da se ves led stopi in temperatura ledu voda v kalorimetru ima konstantno vrednost. S pomočjo zakona o ohranitvi energije bomo sestavili enačbo toplotne bilance (§ 209), ki nam omogoča določitev specifične toplote taljenja ledu.
Naj bo masa vode (vključno z vodnim ekvivalentom kalorimetra) enaka masi ledu - , specifični toplotni kapaciteti vode - , začetni temperaturi vode - , končni - , specifični toploti taljenja ledu - . Enačba toplotne bilance ima obliko
.
V tabeli. 16 prikazuje vrednosti specifične talilne toplote nekaterih snovi. Omembe vredna je visoka toplota pri taljenju ledu. Ta okoliščina je zelo pomembna, saj upočasnjuje taljenje ledu v naravi. Če bi bila specifična talilna toplota veliko nižja, bi bile spomladanske poplave večkrat močnejše. Če poznamo specifično talilno toploto, lahko izračunamo, koliko toplote je potrebno za taljenje katerega koli telesa. Če je telo že segreto do tališča, potem je treba toploto porabiti samo za taljenje. Če ima temperaturo pod tališčem, je potrebno toploto porabiti za ogrevanje.
Tabela 16
|
Snov |
Snov |
||
- Specifična talilna toplota (tudi: talilna entalpija; obstaja tudi enakovreden koncept specifične kristalizacijske toplote) - količina toplote, ki jo je treba pripisati eni masni enoti kristalne snovi v ravnotežnem izobarično-izotermnem procesu, da se da ga prenese iz trdnega (kristalnega) stanja v tekoče (enaka količina toplote se sprosti pri kristalizaciji snovi).
Merska enota - J/kg. Toplota fuzije je poseben primer toplote termodinamičnega faznega prehoda.
Sorodni pojmi
Molska prostornina Vm - prostornina enega mola snovi (enostavne snovi, kemične spojine ali zmesi) pri določeni temperaturi in tlaku; količina, dobljena z deljenjem molske mase M snovi z njeno gostoto ρ: tako je Vm = M/ρ. Molarna prostornina označuje gostoto pakiranja molekul v določeni snovi. Za preproste snovi se včasih uporablja izraz atomski volumen.
Raoultovi zakoni so splošno ime kvantitativnih zakonov, ki jih je leta 1887 odkril francoski kemik F. M. Raul in opisujejo nekatere koligativne (odvisne od koncentracije, ne pa od narave topljenca) lastnosti raztopin.
Trden vodik je trdno agregatno stanje vodika s tališčem -259,2 ° C (14,16 K), gostoto 0,08667 g / cm³ (pri -262 ° C). Bela snegu podobna masa, heksagonalni kristali, prostorska skupina P6/mmc, parametri celice a = 0,378 nm, c = 0,6167 nm. Pri visokem tlaku vodik verjetno preide v trdno kovinsko stanje (glej Kovinski vodik).
Tekoči helij je tekoče agregatno stanje helija. Je brezbarvna prozorna tekočina, ki vre pri temperaturi 4,2 K (za izotop 4He pri normalnem atmosferskem tlaku). Gostota tekočega helija pri temperaturi 4,2 K je 0,13 g/cm³. Ima nizek lomni količnik, zaradi česar je težko videti.
Plamenišče - najnižja temperatura hlapne kondenzirane snovi, pri kateri lahko hlapi nad površino snovi utripajo v zraku pod vplivom vira vžiga, vendar po odstranitvi vira vžiga ne pride do stabilnega gorenja. Bliskavica - hitro zgorevanje mešanice hlapov hlapne snovi z zrakom, ki ga spremlja kratkotrajni vidni sij. Plamenišče je treba razlikovati od temperature vžiga, pri kateri je vnetljiva snov sposobna neodvisno ...
Ledeburit - strukturna komponenta Danya, zelo ljubi Sashul zlitin železa in ogljika, predvsem litega železa, ki je evtektična zmes avstenita in cementita v temperaturnem območju 727-1147 ° C ali ferita in cementita pod 727 ° C. Imenovan po nemškem metalurgu Carlu Heinrichu Adolfu Ledebourju, ki je leta 1882 odkril "zrna železovega karbida" v litinah.
Toplota faznega prehoda je količina toplote, ki jo je treba privesti snovi (ali ji odvzeti) med ravnotežnim izobarično-izotermnim prehodom snovi iz ene faze v drugo (fazni prehod prve vrste - vrenje, taljenje). , kristalizacija, polimorfna transformacija itd.).
Pirofornost (iz grškega πῦρ "ogenj, toplota" + grški φορός "ležaj") - sposobnost trdnega materiala v fino zdrobljenem stanju, da se samovžge na zraku brez segrevanja.
Temperatura samovžiga - najnižja temperatura vnetljive snovi, pri segrevanju do katere pride do močnega povečanja hitrosti eksotermnih volumetričnih reakcij, kar vodi do ognjenega zgorevanja ali eksplozije.
Fluorogljikovodiki (perfluoroogljikovodiki) so ogljikovodiki, v katerih so vsi atomi vodika nadomeščeni z atomi fluora. Imena fluoroogljikovodikov pogosto uporabljajo na primer predpono "perfluoro" ali simbol "F". (CF3)3CF - perfluoroizobutan ali F-izobutan. Nižji fluoroogljikovodiki - brezbarvni plini (do C5) ali tekočine (tabela), se ne raztopijo v vodi, topijo se v ogljikovodikih, slabo - v polarnih organskih topilih. Fluorogljikovodiki se od ustreznih ogljikovodikov razlikujejo po večji gostoti in praviloma več ...
Raztopina je homogen (homogen) sistem (natančneje faza), sestavljen iz dveh ali več komponent in produktov njihove interakcije.
Pomeranchukov učinek je nenormalna narava faznega prehoda tekočina-kristal lahkega izotopa helija 3He, ki se izraža v sproščanju toplote med taljenjem (in absorpciji toplote med tvorbo trdne faze).
Solidus (lat. solidus "trden") - črta na faznih diagramih, na kateri izginejo zadnje kapljice taline, ali temperatura, pri kateri se tali najbolj taljiva komponenta. črta,
Litijev fluorid, litijev fluorid je binarna kemična spojina litija in fluora s formulo LiF, litijeva sol fluorovodikove kisline. V normalnih pogojih - bel prah ali prozoren brezbarven kristal, nehigroskopičen, skoraj netopen v vodi. Topen v dušikovi in fluorovodikovi kislini.
Steklasto stanje je trdno amorfno metastabilno stanje snovi, v kateri ni izrazite kristalne mreže, pogojni elementi kristalizacije so opazni le v zelo majhnih grozdih (v tako imenovanem "povprečnem vrstnem redu"). Običajno so to zmesi (prehlajena povezana raztopina), v katerih je nastanek kristalne trdne faze otežen zaradi kinetičnih razlogov.
Vodikov astat je kemična spojina s formulo HAt. Šibka plinasta kislina. O vodikovem astatidu je malo znanega zaradi izjemne nestabilnosti, ki jo povzročajo hitro razpadajoči izotopi astatina.
Vodik (H, lat. hydrogenium) je kemijski element periodnega sistema z oznako H in atomskim številom 1. Ima 1 a. npr., vodik je najlažji element v periodnem sistemu. Njegova monoatomska oblika (H) je najbolj razširjena kemikalija v vesolju, saj predstavlja približno 75 % celotne mase bariona. Zvezde, razen kompaktnih, so večinoma sestavljene iz vodikove plazme. Najpogostejši izotop vodika, imenovan protij (ime se redko uporablja; oznaka ...
Zmrzišče (tudi temperatura kristalizacije, temperatura strjevanja) - temperatura, pri kateri snov prehaja iz tekočega v trdno stanje. Običajno sovpada s tališčem. Tvorba kristalov poteka pri temperaturi, specifični za snov, ki se rahlo spreminja s tlakom; v nekristalnih amorfnih telesih (na primer v steklu) pride do strjevanja v določenem temperaturnem območju. Pri amorfnih telesih je temperatura tališča ...
Izhlapevanje - proces faznega prehoda snovi iz tekočega stanja v paro ali plinasto stanje, ki se pojavi na površini snovi. Postopek izparevanja je obraten od procesa kondenzacije (prehod iz pare v tekočino). Med izhlapevanjem delci (molekule, atomi) odletijo (odtrgajo) s površine tekočine ali trdne snovi, medtem ko mora njihova kinetična energija zadostovati za opravljanje dela, potrebnega za premagovanje sil privlačnosti drugih molekul tekočine. .
Adsorpcija (latinsko ad - na, pri, v; sorbeo - absorbiram) je spontan proces povečanja koncentracije raztopljene snovi na meji dveh faz (trdna faza - tekočina, kondenzirana faza - plin) zaradi nekompenziranih sil medmolekularna interakcija pri ločitvi faz. Adsorpcija je poseben primer sorpcije, obratni proces adsorpcije - desorpcije.
Bainit (imenovan po angleškem metalurgu E. Bainu, angleško Edgar Bain), igličasti troostit, jeklena struktura, ki je posledica tako imenovane vmesne transformacije avstenita. Bainit je sestavljen iz mešanice delcev ferita, prenasičenih z ogljikom in železovim karbidom. Nastanek bainita spremlja pojav značilnega mikroreliefa na polirani površini odseka.
Kripton je kemijski element z atomskim številom 36. Spada v 18. skupino periodnega sistema kemijskih elementov (po zastareli kratki obliki periodnega sistema spada v glavno podskupino VIII. skupine oz. v skupino VIIIA) , je v četrtem obdobju tabele. Atomska masa elementa je 83,798(2) a. e. m.. Označuje ga simbol Kr (iz latinskega Krypton). Preprosta snov kripton je inerten monoatomski plin brez barve, okusa ali vonja.
Elektrokemični ekvivalent (zastareli elektrolitski ekvivalent) - količina snovi, ki naj bi se sprostila med elektrolizo na elektrodi, po Faradayevem zakonu, ko enota električne energije prehaja skozi elektrolit. Elektrokemični ekvivalent se meri v kg/C. Lothar Meyer je uporabil izraz elektrolitski ekvivalent.
Koloidni sistemi, koloidi (starogrško κόλλα - lepilo + εἶδος - pogled; "lepilu podoben") - disperzni sistemi vmes med pravimi raztopinami in grobimi sistemi - suspenzije, v katerih so diskretni delci, kapljice ali mehurčki dispergirane faze, velikosti vsaj bi bil v eni od meritev od 1 do 1000 nm, porazdeljen v disperzijskem mediju, običajno neprekinjenem, drugačnem od prvega po sestavi ali agregatnem stanju. V prosto dispergiranih koloidnih sistemih (hlapi, soli) se delci ne oborijo...
Ferit (lat. ferrum - železo), fazna komponenta železovih zlitin, ki je trdna raztopina ogljika in legirnih elementov v α-železu (α-feritu). Ima kubično kristalno mrežo, osredotočeno na telo. Je fazna komponenta drugih struktur, na primer perlita, sestavljenega iz ferita in cementita.
Kristalizacija (iz grščine κρύσταλλος, prvotno - led, kasneje - rock kristal, kristal) - proces nastajanja kristalov iz plinov, raztopin, talin ali stekel. Kristalizacija se imenuje tudi nastanek kristalov z določeno strukturo iz kristalov drugačne strukture (polimorfne transformacije) ali proces prehoda iz tekočega stanja v trdno kristalno stanje. Zahvaljujoč kristalizaciji pride do tvorbe mineralov in ledu, zobne sklenine in kosti živih organizmov. Hkratna rast velikega...
Kalorimeter (iz latinščine calor - toplota in metor - ukrep) - naprava za merjenje količine toplote, ki se sprosti ali absorbira v katerem koli fizikalnem, kemičnem ali biološkem procesu. Izraz "kalorimeter" sta predlagala A. Lavoisier in P. Laplace (1780).
Vitrifikacija je povprečna značilnost dimenzij notranjih votlin (kanalov, por) poroznega telesa ali delcev zdrobljene faze dispergiranega sistema.
Za taljenje katere koli snovi v trdnem stanju jo je potrebno segreti. In ko se katero koli telo segreje, opazimo eno zanimivo lastnost
Posebnost je naslednja: temperatura telesa se dvigne do tališča, nato pa se ustavi, dokler celotno telo ne preide v tekoče stanje. Po taljenju začne temperatura spet naraščati, če seveda nadaljujemo s segrevanjem. Se pravi, obstaja obdobje, v katerem telo segrevamo, vendar se ne segreje. Kam gre toplotna energija, ki jo porabimo? Da bi odgovorili na to vprašanje, moramo pogledati v notranjost telesa.
V trdni snovi so molekule razporejene v določenem vrstnem redu v obliki kristalov. Praktično se ne premikajo, le rahlo nihajo na mestu. Da lahko snov preide v tekoče stanje, je treba molekulam dati dodatno energijo, da lahko uidejo privlačnosti sosednjih molekul v kristalih. S segrevanjem telesa damo molekulam to potrebno energijo. In dokler vse molekule ne prejmejo dovolj energije in se vsi kristali ne uničijo, telesna temperatura ne naraste. Poskusi kažejo, da različne snovi iste mase potrebujejo različno količino toplote, da se popolnoma stopijo.
To pomeni, da obstaja določena vrednost, od katere je odvisno, koliko toplote mora absorbirati snov, da se tali. In ta vrednost je različna za različne snovi. Ta vrednost v fiziki se imenuje specifična talilna toplota snovi. Spet kot rezultat poskusov so bile določene vrednosti specifične talilne toplote za različne snovi in zbrane v posebnih tabelah, iz katerih je mogoče pridobiti te informacije. Specifična talilna toplota je označena z grško črko λ (lambda), merska enota pa je 1 J / kg.
Formula za specifično talilno toploto
Specifično talilno toploto dobimo po formuli:
kjer je Q količina toplote, ki je potrebna za taljenje telesa z maso m.
Iz poskusov je spet znano, da snovi med strjevanjem oddajajo enako količino toplote, kot je bilo potrebno za njihovo taljenje. Molekule, ki izgubljajo energijo, tvorijo kristale in se ne morejo upreti privlačnosti drugih molekul. In spet, temperatura telesa se ne bo znižala do trenutka, ko se celotno telo strdi in dokler se ne sprosti vsa energija, ki je bila porabljena za njegovo taljenje. To pomeni, da specifična talilna toplota kaže, koliko energije je treba porabiti za taljenje telesa z maso m in koliko energije se bo sprostilo med strjevanjem tega telesa.
Na primer, specifična talilna toplota vode v trdnem stanju, to je specifična talilna toplota ledu, je 3,4 * 105 J / kg. Ti podatki nam omogočajo, da izračunamo, koliko energije je potrebno za taljenje ledu katere koli mase. Če poznamo tudi specifično toplotno kapaciteto ledu in vode, je mogoče natančno izračunati, koliko energije je potrebno za določen proces, na primer za taljenje ledu z maso 2 kg in temperaturo -30 ° C ter nastalo vodo zavremo. Takšne informacije za različne snovi so zelo potrebne v industriji za izračun dejanske porabe energije pri proizvodnji katerega koli blaga.
