ما هي الحرارة النوعية للتبلور؟ الانصهار والتبلور الحرارة النوعية لانصهار مادة بلورية.

تسمى الطاقة التي يكتسبها الجسم أو يفقدها أثناء انتقال الحرارة كمية من الحرارة.وتعتمد كمية الحرارة على كتلة الجسم وعلى الفرق في درجة حرارة الجسم وعلى نوع المادة.

[Q]=J أو السعرات الحرارية

1 كالوريهي كمية الحرارة اللازمة لتسخين 1 جم من الماء بمقدار 1 درجة مئوية.

حرارة محددة – الكمية المادية، وهي كمية الحرارة التي يجب أن تنتقل إلى جسم وزنه 1 كجم لكي تتغير درجة حرارته بمقدار 1 درجة مئوية.

[C] = J/كجم o C

تبلغ السعة الحرارية النوعية للماء 4200 جول/كجم درجة مئوية. وهذا يعني أنه لتسخين ماء يزن 1 كجم بمقدار 1 درجة مئوية، من الضروري استهلاك 4200 جول من الحرارة.

السعة الحرارية النوعية لمادة تقع في أماكن مختلفة حالات التجميع، مختلف. ومن ثم، فإن السعة الحرارية للجليد هي 2100 جول/كجم درجة مئوية. والسعة الحرارية النوعية للماء هي الأكبر. وفي هذا الصدد فإن مياه البحار والمحيطات عند تسخينها في الصيف تمتص كمية كبيرة من الحرارة. وفي الشتاء يبرد الماء ويطلق كمية كبيرة من الحرارة. لذلك، في المناطق الواقعة بالقرب من المسطحات المائية، لا يكون الجو حارًا جدًا في الصيف وباردًا جدًا في الشتاء. نظرًا لقدرته الحرارية العالية، يُستخدم الماء على نطاق واسع في التكنولوجيا والحياة اليومية. على سبيل المثال، في أنظمة التدفئة في المنازل، عند تبريد الأجزاء أثناء معالجتها على الآلات، والأدوية (وسادات التدفئة)، وما إلى ذلك.

مع زيادة درجة حرارة المواد الصلبة والسوائل، فإن الطاقة الحركيةجزيئاتها: تبدأ في الاهتزاز بسرعات أعلى. عند درجة حرارة معينة، محددة تمامًا لمادة معينة، لم تعد قوى الجذب بين الجزيئات قادرة على الاحتفاظ بها في عقد شعرية الكريستال(يتحول الترتيب البعيد المدى إلى قصير المدى)، وتبدأ البلورة في الذوبان، أي: تبدأ المادة بالتحول إلى الحالة السائلة.

ذوبان – عملية انتقال المادة من الحالة الصلبةإلى سائل.

التصلب (التبلور)– عملية تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.

أثناء عملية الذوبان، تظل درجة حرارة البلورة ثابتة. وتسمى درجة الحرارة هذه نقطة الانصهار. كل مادة لها نقطة انصهار خاصة بها. ابحث عنه من الجدول.

ثبات درجة الحرارة أثناء الذوبان كبير أهمية عملية، لأنه يسمح لك بمعايرة موازين الحرارة، وإنتاج الصمامات والمؤشرات التي تذوب عند درجة حرارة محددة بدقة. معرفة نقطة الانصهار مواد مختلفةإنه مهم أيضًا من وجهة نظر يومية بحتة: وإلا فمن يستطيع أن يضمن أن هذا الوعاء أو المقلاة لن يذوب على نار موقد الغاز؟

درجة حرارة الانصهار ودرجة حرارة التصلب المتساوية - ميزة مميزةالمواد. يذوب الزئبق ويتصلب عند درجة حرارة -39 درجة مئوية، وذلك في المناطق أقصى الشماللا يتم استخدام موازين الحرارة الزئبقية. بدلا من موازين الحرارة الزئبقية في خطوط العرض هذه، يتم استخدام موازين الحرارة الكحولية (-114 درجة مئوية). المعدن الأكثر صهرًا هو التنغستن (3420 درجة مئوية).

يتم تحديد كمية الحرارة اللازمة لإذابة المادة بواسطة الصيغة:

حيث m هي كتلة المادة، وهي الحرارة النوعية للانصهار.

ي/كجم

الحرارة النوعية للانصهار –كمية الحرارة اللازمة لإذابة 1 كجم من مادة مأخوذة عند نقطة انصهارها. كل مادة لها خاصة بها. تم العثور عليه باستخدام الجدول.

تعتمد نقطة انصهار المادة على الضغط. بالنسبة للمواد التي يزداد حجمها أثناء الذوبان، فإن زيادة الضغط تزيد من درجة الانصهار والعكس صحيح. عندما يذوب الماء، يقل حجمه، ومع زيادة الضغط، يذوب الجليد عند درجة حرارة أقل.

التذكرة رقم 14

تصف عمليتا التبلور والذوبان نفس الكميات الفيزيائية. الفرق هو أنه أثناء الذوبان، يحتاج الجسم إلى طاقة لتدمير الشبكة، وأثناء التبلور، على العكس من ذلك، يطلق الجسم الطاقة إلى البيئة.

مفهوم الحرارة النوعية للتبلور

تُفهم الحرارة النوعية للتبلور (الذوبان) على أنها كمية الطاقة المنبعثة (المستهلكة) بمقدار 1 كجم. المواد أثناء التحول من السائل إلى الصلب (والعكس). من المهم أن نلاحظ أنه خلال عملية التبلور (الذوبان)، لا تتغير درجة حرارة المادة وقد وصلت بالفعل إلى القيمة التي تكون عندها العملية نفسها ممكنة.

يتم قياس الحرارة النوعية للتبلور (الذوبان) بـ J/kg ويتم الإشارة إليها بالحرف الأبجدية اليونانيةẫ. حسب التعريف:

حيث Q هي كمية الطاقة المنبعثة (المستهلكة) بواسطة m كيلوغرام من المادة.

حسابات الطاقة للعمليات الحرارية المتتابعة

خذ بعين الاعتبار عملية تبريد م كيلوجرام من الماء من درجة حرارة، على سبيل المثال، +20 درجة مئوية إلى -10 درجة مئوية. نحن هنا نتعامل مع ثلاث عمليات حرارية:

تبريد الماء من درجة الحرارة +20 درجة مئوية إلى 0 درجة مئوية، ∆T1 = - 20 درجة؛
تبلور الماء إلى جليد عند درجة حرارة 0 درجة مئوية؛
تبريد الجليد من درجة حرارة 0 درجة مئوية إلى -10 درجة مئوية، ∆T2 = - 10 درجة؛

كمية الطاقة المنطلقة Q تساوي مجموع الطاقات في كل من هذه العمليات:

س = س1 + س2 + س3؛

Q1 = C1 * م * ∆T1؛

Q3 = C2 * م * ∆T2؛

حيث C1 وC2 هما السعة الحرارية النوعية للماء والثلج على التوالي. علامة "-" في Q2 تعني أن عملية إطلاق الطاقة أثناء التبلور جارية.

الانصهار هو انتقال الجسم من الحالة الصلبة البلورية إلى الحالة السائلة. يحدث الانصهار مع امتصاص حرارة محددة من الانصهار وهو مرحلة انتقالية من الدرجة الأولى.

تشير القدرة على الذوبان إلى الخصائص الفيزيائية للمادة

عند الضغط الطبيعي، يتمتع التنغستن بأعلى نقطة انصهار بين المعادن (3422 درجة مئوية). مواد بسيطةبشكل عام - الكربون (وفقًا لمصادر مختلفة، 3500 - 4500 درجة مئوية) وبين المواد التعسفية - كربيد الهافنيوم HfC (3890 درجة مئوية). يمكننا أن نفترض أن الهيليوم لديه أدنى نقطة انصهار: عند الضغط العادي يظل سائلاً عند درجات حرارة منخفضة بشكل تعسفي.

العديد من المواد عند الضغط الطبيعي لا تحتوي على مرحلة سائلة. عند تسخينها، فإنها تتحول على الفور إلى حالة غازية عن طريق التسامي.

الشكل 9 - ذوبان الجليد

التبلور هو عملية انتقال طور المادة من الحالة السائلة إلى الحالة البلورية الصلبة مع تكوين البلورات.

الطور هو جزء متجانس من نظام ديناميكي حراري مفصول عن الأجزاء الأخرى من النظام (الأطوار الأخرى) بواسطة واجهة، عند المرور من خلالها التركيب الكيميائيتتغير بنية المادة وخصائصها فجأة.

الشكل 10 - تبلور الماء مع تكوين الجليد

التبلور هو عملية عزل الطور الصلب على شكل بلورات من المحاليل أو المنصهرات؛ وفي الصناعة الكيميائية، تُستخدم عملية التبلور للحصول على المواد في شكلها النقي.

يبدأ التبلور عند الوصول إلى حالة محددة معينة، على سبيل المثال، التبريد الفائق للسائل أو التشبع الفائق للبخار، عندما تظهر العديد من البلورات الصغيرة - مراكز التبلور - على الفور تقريبًا. تنمو البلورات عن طريق ربط ذرات أو جزيئات من سائل أو بخار. ويحدث نمو الوجوه البلورية طبقة بعد طبقة؛ وتتحرك حواف الطبقات الذرية غير المكتملة (الخطوات) على طول الوجه أثناء نموها. يؤدي اعتماد معدل النمو على ظروف التبلور إلى مجموعة متنوعة من أشكال النمو والهياكل البلورية (متعددة السطوح، الصفائحية، على شكل إبرة، هيكل عظمي، شجيري وأشكال أخرى، هياكل قلم رصاص، وما إلى ذلك). أثناء عملية التبلور، تنشأ حتما عيوب مختلفة.

يتأثر عدد مراكز التبلور ومعدل النمو بشكل كبير بدرجة التبريد الفائق.

درجة التبريد الفائق هي مستوى تبريد المعدن السائل تحت درجة حرارة انتقاله إلى التعديل البلوري (الصلب). من الضروري التعويض عن طاقة الحرارة الكامنة للتبلور. التبلور الأولي هو تكوين بلورات في المعادن (والسبائك) أثناء التحول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.

الحرارة النوعية للانصهار (أيضًا: المحتوى الحراري للانصهار؛ هناك أيضًا مفهوم مكافئ للحرارة النوعية للتبلور) - كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى وحدة كتلة واحدة من مادة بلورية في عملية توازن متساوي الضغط متساوي الحرارة من أجل الحصول على لنقلها من الحالة الصلبة (البلورية) إلى الحالة السائلة (ثم يتم إطلاق نفس الكمية من الحرارة أثناء تبلور المادة).

كمية الحرارة أثناء الذوبان أو التبلور: Q=ml

التبخر والغليان. حرارة التبخير النوعية

التبخر هو عملية انتقال المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (البخار). عملية التبخر هي عكس عملية التكثيف (الانتقال من الحالة البخارية إلى الحالة السائلة. التبخر (التبخير)، انتقال المادة من الحالة المكثفة (الصلبة أو السائلة) إلى الحالة الغازية (البخار)؛ من الدرجة الأولى المرحلة الانتقالية.

هناك مفهوم أكثر تطورًا للتبخر في الفيزياء العليا

التبخر هو عملية يتم فيها خروج سائل أو سائل من سطحه صلبالجسيمات (الجزيئات، الذرات) تطير (تنقطع)، مع Ek > Ep.

الشكل 11 - التبخر على كوب من الشاي

الحرارة النوعية للتبخر (التبخير) (L) هي كمية فيزيائية توضح كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى 1 كجم من المادة المأخوذة عند درجة الغليان لتحويلها من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية. يتم قياس الحرارة النوعية للتبخر بـ J/kg.

الغليان هو عملية التبخير في السائل (انتقال المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية)، مع ظهور حدود فصل الطور. نقطة الغليان عند الضغط الجويعادة ما يتم إعطاءها كواحدة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية الرئيسية لمادة نقية كيميائيا.

الغليان هو مرحلة انتقالية من الدرجة الأولى. يحدث الغليان بشكل أكثر كثافة من التبخر من السطح، وذلك بسبب تكوين مراكز التبخر، التي تحددها درجة حرارة الغليان المحققة ووجود الشوائب.

يمكن أن تتأثر عملية تكوين الفقاعة بالضغط، موجات صوتيةالتأين. على وجه الخصوص، تعمل غرفة الفقاعة على مبدأ غليان الأحجام الصغيرة من السائل من التأين أثناء مرور الجزيئات المشحونة.

الشكل 12 - الماء المغلي

كمية الحرارة أثناء الغليان وتبخر السائل وتكثيف البخار: Q=mL

من أجل إذابة مادة صلبة، يجب تسخينها. وعند تسخين أي جسم، هناك ميزة واحدة غريبة

الخصوصية هي أن درجة حرارة الجسم ترتفع إلى نقطة الانصهار، ثم تتوقف حتى يتحول الجسم بأكمله إلى حالة سائلة. بعد الذوبان، تبدأ درجة الحرارة في الارتفاع مرة أخرى، إذا استمر التسخين بالطبع. أي أن هناك فترة زمنية نقوم خلالها بتسخين الجسم لكنه لا يسخن. أين تذهب الطاقة الحرارية التي ننفقها؟ للإجابة على هذا السؤال، علينا أن ننظر داخل الجسم.

في المادة الصلبة، يتم ترتيب الجزيئات بترتيب معين على شكل بلورات. إنهم لا يتحركون عمليًا، بل يتأرجحون قليلاً في مكانهم. لكي تتحول المادة إلى الحالة السائلة، تحتاج الجزيئات إلى إعطاء طاقة إضافية حتى تتمكن من الهروب من جاذبية الجزيئات المجاورة في البلورات. ومن خلال تسخين الجسم، فإننا نمنح الجزيئات هذه الطاقة اللازمة. وحتى تتلقى جميع الجزيئات ما يكفي من الطاقة ويتم تدمير جميع البلورات، فإن درجة حرارة الجسم لا ترتفع. تظهر التجارب أن المواد المختلفة التي لها نفس الكتلة تتطلب كميات مختلفة من الحرارة لإذابتها بالكامل.

أي أن هناك قيمة معينة يعتمد عليها ما مقدار الحرارة التي تحتاج المادة إلى امتصاصها حتى تذوب؟. وهذه القيمة تختلف باختلاف المواد. تسمى هذه الكمية في الفيزياء بالحرارة النوعية لانصهار المادة. مرة أخرى، ونتيجة للتجارب، تم تحديد قيم الحرارة النوعية للانصهار لمختلف المواد وجمعها في جداول خاصة يمكن استخلاص هذه المعلومات منها. يُشار إلى الحرارة النوعية للانصهار بالحرف اليوناني LA (لامدا)، ووحدة القياس هي 1 جول/كجم.

صيغة للحرارة النوعية للانصهار

يتم العثور على الحرارة النوعية للانصهار بالصيغة:

حيث Q هي كمية الحرارة اللازمة لإذابة جسم كتلته m.

مرة أخرى، من المعروف من التجارب أنه عندما تتصلب المواد، فإنها تطلق نفس كمية الحرارة اللازمة لإذابتها. الجزيئات، التي تفقد الطاقة، تشكل بلورات، غير قادرة على مقاومة جاذبية الجزيئات الأخرى. ومرة أخرى، لن تنخفض درجة حرارة الجسم حتى يصلب الجسم بأكمله، وحتى يتم تحرير كل الطاقة التي أنفقت على ذوبانه. وهذا يعني أن الحرارة النوعية للانصهار توضح مقدار الطاقة التي يجب إنفاقها لإذابة جسم كتلته m، ومقدار الطاقة التي سيتم إطلاقها عندما يتصلب جسم معين.

على سبيل المثال، الحرارة النوعية لانصهار الماء في الحالة الصلبة، أي أن الحرارة النوعية لانصهار الجليد هي 3.4*105 جول/كجم. تتيح لك هذه البيانات حساب مقدار الطاقة المطلوبة لإذابة الجليد بأي كتلة. من خلال معرفة السعة الحرارية المحددة للجليد والماء، يمكنك حساب مقدار الطاقة المطلوبة لعملية معينة، على سبيل المثال، ذوبان الجليد الذي يزن 2 كجم ودرجة الحرارة - 30 درجة مئوية وجلب الماء الناتج إلى الغليان. تعد هذه المعلومات الخاصة بالمواد المختلفة ضرورية جدًا في الصناعة لحساب تكاليف الطاقة الحقيقية في إنتاج أي سلعة.

من أجل إذابة مادة صلبة، يجب تسخينها.

تظهر التجارب أن المواد المختلفة التي لها نفس الكتلة تتطلب كميات مختلفة من الحرارة لإذابتها بالكامل.

أي أن هناك قيمة معينة تعتمد عليها كمية الحرارة التي تحتاج المادة إلى امتصاصها حتى تذوب. وهذه القيمة تختلف باختلاف المواد. تسمى هذه الكمية في الفيزياء بالحرارة النوعية لانصهار المادة. توضح الحرارة النوعية للانصهار مقدار الحرارة اللازمة لتحويل 1 كجم من المادة بشكل كامل من الحالة الصلبة إلى السائلة، عند نقطة الانصهار. يُشار إلى الحرارة النوعية للانصهار بالحرف اليوناني α (لامدا)، ووحدة القياس هو 1 جول/كجم.

صيغة للحرارة النوعية للانصهار

يتم العثور على الحرارة النوعية للانصهار بالصيغة:

 = س/م،

حيث Q هي كمية الحرارة اللازمة لإذابة جسم كتلته m.

كمية الحرارة اللازمة لإذابة المادة تساوي حاصل ضرب الحرارة النوعية للانصهار وكتلة المادة.

س = *م،