Energi yang diperoleh atau dikeluarkan suatu benda selama perpindahan panas disebut jumlah panas. Banyaknya kalor bergantung pada massa benda, perbedaan suhu tubuh, dan jenis zat.
[Q]=J atau kalori
1 kal adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 g air sebesar 1 o C.
Panas spesifik – kuantitas fisik, sama dengan jumlah kalor yang harus dipindahkan ke suatu benda bermassa 1 kg agar suhunya berubah sebesar 1 o C.
[C] = J/kg o C
Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/kg o C. Artinya untuk memanaskan air bermassa 1 kg sebesar 1 o C diperlukan kalor sebesar 4200 J.
Kapasitas kalor jenis suatu zat letaknya berbeda-beda keadaan agregasi, berbeda. Jadi, kapasitas kalor es adalah 2100 J/kg o C. Kapasitas kalor jenis air adalah yang terbesar. Dalam hal ini, air di laut dan samudera, ketika dipanaskan di musim panas, menyerap panas dalam jumlah besar. Di musim dingin, air menjadi dingin dan mengeluarkan banyak panas. Oleh karena itu, di daerah yang terletak di dekat badan air, suhunya tidak terlalu panas di musim panas dan sangat dingin di musim dingin. Karena kapasitas panasnya yang tinggi, air banyak digunakan dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari. Misalnya, dalam sistem pemanas rumah, saat mendinginkan komponen selama pemrosesan pada mesin, obat-obatan (bantalan pemanas), dll.
Dengan meningkatnya suhu zat padat dan zat cair, maka energi kinetik partikelnya: mereka mulai bergetar dengan kecepatan lebih tinggi. Pada suhu tertentu, yang cukup spesifik untuk suatu zat tertentu, gaya tarik menarik antar partikel tidak lagi mampu menahannya dalam simpul. kisi kristal(urutan jangka panjang berubah menjadi tatanan jangka pendek), dan kristal mulai meleleh, mis. zat tersebut mulai berubah menjadi wujud cair.
Meleleh – proses transisi materi dari keadaan padat menjadi cair.
Solidifikasi (kristalisasi)– proses peralihan suatu zat dari wujud cair ke wujud padat.
Selama proses peleburan, suhu kristal tetap konstan. Suhu ini disebut titik lebur. Setiap zat mempunyai titik lelehnya masing-masing. Temukan dari tabel.
Keteguhan suhu selama peleburan sangat besar signifikansi praktis, karena memungkinkan Anda mengkalibrasi termometer, menghasilkan sekering dan indikator yang meleleh pada suhu yang ditentukan secara ketat. Mengetahui titik lelehnya berbagai zat Hal ini juga penting dari sudut pandang sehari-hari: jika tidak, siapa yang dapat menjamin bahwa panci atau penggorengan ini tidak akan meleleh karena api kompor gas?
Suhu leleh dan suhu pemadatan yang sama - fitur karakteristik zat. Merkuri meleleh dan memadat pada suhu -39 o C, demikian pula di wilayah tertentu Jauh di Utara termometer air raksa tidak digunakan. Alih-alih termometer air raksa di garis lintang ini, termometer alkohol (-114 o C) digunakan. Logam yang paling tahan api adalah tungsten (3420 o C).
Banyaknya kalor yang diperlukan untuk melelehkan suatu zat ditentukan dengan rumus:
Dimana m adalah massa zat dan merupakan kalor jenis peleburan.
J/kg
Panas spesifik peleburan – banyaknya kalor yang diperlukan untuk melelehkan 1 kg suatu zat pada titik lelehnya. Setiap zat memiliki zatnya masing-masing. Itu ditemukan menggunakan tabel.
Titik leleh suatu zat bergantung pada tekanan. Untuk zat yang volumenya bertambah selama peleburan, peningkatan tekanan akan meningkatkan titik leleh dan sebaliknya. Ketika air mencair, volumenya berkurang, dan ketika tekanan meningkat, es mencair pada suhu yang lebih rendah.
Tiket nomor 14
Proses kristalisasi dan peleburan menggambarkan besaran fisika yang sama. Bedanya, pada saat peleburan, tubuh membutuhkan energi untuk menghancurkan kisi-kisi tersebut, sedangkan pada saat kristalisasi, sebaliknya, tubuh melepaskan energi ke lingkungan.
Konsep panas spesifik kristalisasi
Panas spesifik kristalisasi (peleburan) dipahami sebagai jumlah energi yang dilepaskan (dikonsumsi) sebesar 1 kg. zat selama transisi dari cair ke padat (dan sebaliknya). Penting untuk dicatat bahwa selama proses kristalisasi (peleburan), suhu zat tidak berubah dan telah dibawa ke nilai yang memungkinkan proses itu sendiri.
Panas jenis kristalisasi (pelelehan) diukur dalam J/kg dan dinyatakan dengan huruf Alfabet Yunaniλ. Menurut definisi:
dimana Q adalah jumlah energi yang dilepaskan (dikonsumsi) oleh m kilogram suatu zat.
Perhitungan energi untuk proses termal berurutan
Perhatikan proses pendinginan m kilogram air dari suhu, misalnya +20°C menjadi -10°C. Di sini kita berurusan dengan tiga proses termal:
- pendinginan air dari suhu +20°С hingga 0°С, ∆T1 = - 20°;
- kristalisasi air menjadi es pada suhu 0°C;
- pendinginan es dari suhu 0°С hingga -10°С, ∆T2 = - 10°;
Jumlah energi yang dilepaskan Q sama dengan jumlah energi dalam setiap proses berikut:
Q = Q1 + Q2 + Q3;
Q1 = C1 * m * ∆T1;
Q3 = C2 * m * ∆T2;
dimana C1 dan C2 masing-masing adalah kapasitas panas spesifik air dan es. Tanda “-” pada Q2 berarti proses pelepasan energi selama kristalisasi sedang berlangsung.
Mencair adalah peralihan suatu benda dari wujud padat kristal ke wujud cair. Peleburan terjadi dengan penyerapan panas spesifik peleburan dan merupakan transisi fase orde pertama.
Kemampuan meleleh mengacu pada sifat fisik suatu zat
Pada tekanan normal, tungsten memiliki titik leleh tertinggi di antara logam (3422 °C), zat sederhana secara umum - karbon (menurut berbagai sumber, 3500 - 4500 °C) dan di antara zat sewenang-wenang - hafnium karbida HfC (3890 °C). Kita dapat berasumsi bahwa helium memiliki titik leleh terendah: pada tekanan normal, helium tetap cair pada suhu rendah.
Banyak zat pada tekanan normal tidak mempunyai fasa cair. Ketika dipanaskan, mereka segera berubah menjadi gas melalui sublimasi.
Gambar 9 - Es yang mencair
Kristalisasi adalah proses peralihan fasa suatu zat dari wujud kristal cair ke wujud kristal padat dengan pembentukan kristal.
Fase adalah bagian homogen dari sistem termodinamika yang dipisahkan dari bagian lain dari sistem (fase lain) oleh suatu antarmuka, setelah melewatinya komposisi kimia, struktur dan sifat materi berubah secara tiba-tiba.
Gambar 10 - Kristalisasi air dengan pembentukan es
Kristalisasi adalah proses isolasi fasa padat berupa kristal dari larutan atau lelehan; dalam industri kimia, proses kristalisasi digunakan untuk memperoleh zat dalam bentuk murni.
Kristalisasi dimulai ketika kondisi batas tertentu tercapai, misalnya, pendinginan berlebih pada cairan atau uap jenuh, ketika banyak kristal kecil - pusat kristalisasi - muncul hampir seketika. Kristal tumbuh dengan menempelkan atom atau molekul dari cairan atau uap. Pertumbuhan permukaan kristal terjadi lapis demi lapis; tepi lapisan atom yang tidak lengkap (langkah) bergerak sepanjang permukaan saat mereka tumbuh. Ketergantungan laju pertumbuhan pada kondisi kristalisasi menyebabkan munculnya berbagai bentuk pertumbuhan dan struktur kristal (polihedral, pipih, berbentuk jarum, rangka, dendritik dan bentuk lainnya, struktur pensil, dll.). Selama kristalisasi, berbagai cacat pasti timbul.
Jumlah pusat kristalisasi dan laju pertumbuhan dipengaruhi secara signifikan oleh derajat hipotermia.
Derajat pendinginan super adalah tingkat pendinginan logam cair di bawah suhu transisinya ke modifikasi kristal (padat). Hal ini diperlukan untuk mengkompensasi energi panas laten kristalisasi. Kristalisasi primer adalah pembentukan kristal dalam logam (dan paduan) selama transisi dari cair ke padat.
Panas spesifik fusi (juga: entalpi fusi; ada juga konsep setara panas spesifik kristalisasi) - jumlah panas yang harus diberikan ke satu satuan massa zat kristal dalam proses kesetimbangan isobarik-isotermal secara berurutan untuk memindahkannya dari keadaan padat (kristal) ke keadaan cair (maka jumlah panas yang sama dilepaskan selama kristalisasi suatu zat).
Jumlah panas selama peleburan atau kristalisasi: Q=ml
Penguapan dan perebusan. Panas spesifik penguapan
Penguapan adalah proses peralihan suatu zat dari wujud cair ke wujud gas (uap). Proses evaporasi merupakan kebalikan dari proses kondensasi (peralihan dari wujud uap ke wujud cair. Penguapan (vaporisasi), peralihan suatu zat dari fasa kental (padat atau cair) menjadi gas (uap); orde pertama transisi fase.
Ada konsep penguapan yang lebih berkembang dalam fisika tingkat tinggi
Penguapan adalah suatu proses dimana dari permukaan suatu zat cair atau padat partikel (molekul, atom) terbang keluar (putus), dengan Ek > Ep.
Gambar 11 - Penguapan pada secangkir teh
Kalor jenis penguapan (vaporization) (L) adalah besaran fisis yang menunjukkan banyaknya kalor yang harus diberikan kepada 1 kg suatu zat yang diambil pada titik didihnya untuk berpindah dari wujud cair ke wujud gas. Panas spesifik penguapan diukur dalam J/kg.
Mendidih adalah proses penguapan dalam zat cair (peralihan suatu zat dari cair ke wujud gas), dengan munculnya batas pemisahan fasa. Titik didih di tekanan atmosfer biasanya diberikan sebagai salah satu karakteristik fisikokimia utama dari zat yang murni secara kimia.
Mendidih adalah transisi fase orde pertama. Pendidihan terjadi jauh lebih intens daripada penguapan dari permukaan, karena pembentukan pusat penguapan, yang ditentukan oleh suhu didih yang dicapai dan adanya pengotor.
Proses terbentuknya gelembung dapat dipengaruhi oleh tekanan, gelombang suara, ionisasi. Secara khusus, berdasarkan prinsip pendidihan mikrovolume cairan dari ionisasi selama lewatnya partikel bermuatan maka ruang gelembung beroperasi.
Gambar 12 - Air mendidih
Banyaknya kalor pada saat perebusan, penguapan cairan dan pengembunan uap: Q=mL
Untuk melelehkan suatu zat padat, ia harus dipanaskan. Dan ketika memanaskan benda apa pun, ada satu fitur aneh yang diperhatikan
Keunikannya adalah: suhu tubuh naik hingga titik leleh, dan kemudian berhenti hingga seluruh tubuh berubah menjadi cair. Setelah pencairan, suhu mulai naik lagi, tentu saja jika pemanasan dilanjutkan. Artinya, ada jangka waktu kita memanaskan tubuh, tetapi tidak memanas. Kemana perginya energi panas yang kita keluarkan? Untuk menjawab pertanyaan ini, kita perlu melihat ke dalam tubuh.
Dalam zat padat, molekul-molekulnya tersusun dalam urutan tertentu dalam bentuk kristal. Mereka praktis tidak bergerak, hanya sedikit berosilasi di tempatnya. Agar suatu zat dapat memasuki wujud cair, molekul-molekulnya perlu diberi energi tambahan agar dapat melepaskan diri dari gaya tarik-menarik molekul tetangganya dalam kristal. Dengan memanaskan tubuh, kita memberikan energi yang diperlukan molekul ini. Dan sampai semua molekul menerima energi yang cukup dan semua kristal dihancurkan, suhu tubuh tidak akan meningkat. Eksperimen menunjukkan bahwa zat berbeda dengan massa yang sama memerlukan jumlah panas berbeda untuk melelehkannya sepenuhnya.
Artinya, ada nilai tertentu yang menjadi sandarannya berapa banyak kalor yang perlu diserap suatu zat agar dapat meleleh?. Dan nilai ini berbeda untuk zat yang berbeda. Besaran ini dalam fisika disebut panas spesifik peleburan suatu zat. Sekali lagi, sebagai hasil percobaan, nilai kalor jenis fusi untuk berbagai zat telah ditetapkan dan dikumpulkan dalam tabel khusus dari mana informasi ini dapat diperoleh. Kalor jenis peleburan dilambangkan dengan huruf Yunani λ (lambda), dan satuan ukurannya adalah 1 J/kg.
Rumus kalor jenis peleburan
Kalor jenis peleburan ditentukan dengan rumus:
dimana Q adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk melelehkan benda bermassa m.
Sekali lagi, dari percobaan diketahui bahwa ketika suatu zat mengeras, zat tersebut melepaskan jumlah panas yang sama dengan yang diperlukan untuk melelehkannya. Molekul, kehilangan energi, membentuk kristal, karena tidak mampu menahan tarikan molekul lain. Dan lagi, suhu tubuh tidak akan turun sampai seluruh tubuh mengeras, dan sampai semua energi yang dikeluarkan untuk mencairkannya dilepaskan. Artinya, kalor jenis peleburan menunjukkan berapa banyak energi yang harus dikeluarkan untuk melelehkan suatu benda bermassa m, dan berapa banyak energi yang akan dilepaskan ketika benda tersebut membeku.
Misalnya, kalor jenis peleburan air dalam wujud padat, yaitu kalor jenis peleburan es adalah 3,4 * 105 J/kg. Data ini memungkinkan Anda menghitung berapa banyak energi yang dibutuhkan untuk mencairkan es bermassa berapa pun. Mengetahui juga kapasitas panas spesifik es dan air, Anda dapat menghitung dengan tepat berapa banyak energi yang dibutuhkan untuk suatu proses tertentu, misalnya mencairkan es seberat 2 kg dan suhu - 30˚C dan merebus air yang dihasilkan. Informasi berbagai zat tersebut sangat diperlukan dalam industri untuk menghitung biaya energi riil dalam produksi suatu barang.
Untuk melelehkan suatu zat padat, ia harus dipanaskan.
Eksperimen menunjukkan bahwa zat berbeda dengan massa yang sama memerlukan jumlah panas berbeda untuk melelehkannya sepenuhnya.
Artinya, ada nilai tertentu yang bergantung pada berapa banyak panas yang perlu diserap suatu zat agar dapat meleleh. Dan nilai ini berbeda untuk zat yang berbeda. Besaran ini dalam fisika disebut panas spesifik peleburan suatu zat. Kalor jenis peleburan menunjukkan banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah sempurna 1 kg suatu zat dari padat menjadi cair, yang diambil pada titik lelehnya. Kalor jenis peleburan dilambangkan dengan huruf Yunani λ (lambda), dan satuannya adalah pengukurannya adalah 1 J/kg.
Rumus kalor jenis peleburan
Kalor jenis peleburan ditentukan dengan rumus:
λ = Q/m,
dimana Q adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk melelehkan benda bermassa m.
Jumlah kalor yang dibutuhkan untuk melebur suatu zat sama dengan hasil kali kalor jenis peleburan dan massa zat.
Q = λ*m,
Sekali lagi, dari percobaan diketahui bahwa ketika suatu zat mengeras, zat tersebut melepaskan jumlah panas yang sama dengan yang diperlukan untuk melelehkannya. Molekul, kehilangan energi, membentuk kristal, karena tidak mampu menahan tarikan molekul lain. Dan lagi, suhu tubuh tidak akan turun sampai seluruh tubuh mengeras, dan sampai semua energi yang dikeluarkan untuk mencairkannya dilepaskan. Artinya, kalor jenis peleburan menunjukkan berapa banyak energi yang harus dikeluarkan untuk melelehkan suatu benda bermassa m, dan berapa banyak energi yang akan dilepaskan ketika benda tersebut membeku.