Energien som en kropp får eller mister under varmeoverføring kalles mengde varme. Mengden varme avhenger av kroppens masse, av forskjellen i kroppstemperatur og av typen stoff.
[Q]=J eller kalorier
1 kal er mengden varme som kreves for å varme 1 g vann med 1 o C.
Spesifikk varme – fysisk mengde, lik mengden varme som må overføres til en kropp som veier 1 kg for at temperaturen skal endres med 1 o C.
[C] = J/kg o C
Den spesifikke varmekapasiteten til vann er 4200 J/kg o C. Dette betyr at for å varme opp vann som veier 1 kg ganger 1 o C er det nødvendig å bruke 4200 J varme.
Spesifikk varmekapasitet til et stoff som befinner seg i forskjellige aggregeringstilstander, er annerledes. Dermed er varmekapasiteten til is 2100 J/kg o C. Den spesifikke varmekapasiteten til vann er størst. I denne forbindelse absorberer vannet i hav og hav, når det varmes opp om sommeren, en stor mengde varme. Om vinteren avkjøles vannet og avgir store mengder varme. Derfor, i områder som ligger nær vannforekomster, er det ikke veldig varmt om sommeren og veldig kaldt om vinteren. På grunn av sin høye varmekapasitet er vann mye brukt i teknologi og hverdagsliv. For eksempel i varmesystemer av hus, når deler kjøles under behandlingen på maskiner, medisin (varmeputer), etc.
Med økende temperatur på faste stoffer og væsker, kinetisk energi partiklene deres: de begynner å vibrere ved høyere hastigheter. Ved en viss temperatur, ganske spesifikk for et gitt stoff, er tiltrekningskreftene mellom partiklene ikke lenger i stand til å holde dem i knop krystallgitter(langdistanseorden blir til kortdistanse), og krystallen begynner å smelte, dvs. stoffet begynner å gå over i en flytende tilstand.
Smelting – prosess for overgang av materie fra fast tilstand til væske.
Størkning (krystallisering)– prosessen med overgangen til et stoff fra flytende til fast tilstand.
Under smelteprosessen forblir temperaturen på krystallen konstant. Denne temperaturen kalles smeltepunkt. Hvert stoff har sitt eget smeltepunkt. Finn den fra tabellen.
Temperaturens konstanthet under smelting har en stor praktisk betydning, siden det lar deg kalibrere termometre, produsere sikringer og indikatorer som smelter ved en strengt spesifisert temperatur. Kjenne til smeltepunktet ulike stoffer Det er også viktig fra et rent hverdagslig synspunkt: ellers, hvem kan garantere at denne gryten eller stekepannen ikke smelter på en gassbrenner?
Smeltetemperatur og lik størkningstemperatur - karakteristisk trekk stoffer. Kvikksølv smelter og størkner ved en temperatur på -39 o C, altså i områder Langt nord kvikksølvtermometre brukes ikke. I stedet for kvikksølvtermometre på disse breddegradene brukes alkoholtermometre (-114 o C). Det mest ildfaste metallet er wolfram (3420 o C).
Mengden varme som kreves for å smelte et stoff, bestemmes av formelen:
Hvor m er massen til stoffet, og er den spesifikke fusjonsvarmen.
J/kg
Spesifikk fusjonsvarme – mengden varme som kreves for å smelte 1 kg av et stoff tatt ved smeltepunktet. Hvert stoff har sitt eget. Den er funnet ved hjelp av tabellen.
Smeltepunktet til et stoff avhenger av trykk. For stoffer hvis volum øker under smelting, øker en trykkøkning smeltepunktet og omvendt. Når vann smelter, reduseres volumet, og når trykket øker, smelter isen ved lavere temperatur.
Billett nummer 14
Prosessene med krystallisering og smelting beskriver de samme fysiske mengdene. Forskjellen er at under smelting krever kroppen energi for å ødelegge gitteret, og under krystallisering, tvert imot, frigjør kroppen energi til miljøet.
Konseptet med spesifikk krystalliseringsvarme
Den spesifikke krystalliseringsvarmen (smelting) forstås som mengden energi som frigjøres (forbrukes) med 1 kg. stoffer under overgangen fra flytende til fast (og omvendt). Det er viktig å merke seg at under krystalliseringsprosessen (smelting) endres ikke temperaturen til stoffet, og det er allerede brakt til en verdi der selve prosessen er mulig.
Den spesifikke krystalliseringsvarmen (smelting) måles i J/kg og er betegnet med bokstaven gresk alfabetλ. Per definisjon:
der Q er mengden energi som frigjøres (forbrukes) av m kilogram av stoffet.
Energiberegninger for sekvensielle termiske prosesser
Tenk på prosessen med å avkjøle m kilo vann fra en temperatur, for eksempel +20°C til -10°C. Her har vi å gjøre med tre termiske prosesser:
- vannkjøling fra temperatur +20°С til 0°С, ∆T1 = -20°;
- krystallisering av vann til is ved en temperatur på 0°C;
- iskjøling fra temperatur 0°С til -10°С, ∆T2 = - 10°;
Mengden energi som frigjøres Q er lik summen av energiene i hver av disse prosessene:
Q = Q1 + Q2 + Q3;
Q1 = C1 * m * ∆T1;
Q3 = C2 * m * ∆T2;
hvor C1 og C2 er den spesifikke varmekapasiteten til henholdsvis vann og is. "-" tegnet ved Q2 betyr at prosessen med energifrigjøring under krystallisering er i gang.
Smelting er overgangen til et legeme fra en krystallinsk fast tilstand til en flytende tilstand. Smelting skjer med absorpsjon av spesifikk fusjonsvarme og er en førsteordens faseovergang.
Evnen til å smelte refererer til de fysiske egenskapene til et stoff
Ved normalt trykk har wolfram det høyeste smeltepunktet blant metaller (3422 °C), enkle stoffer generelt - karbon (ifølge ulike kilder, 3500 - 4500 °C) og blant vilkårlige stoffer - hafniumkarbid HfC (3890 °C). Vi kan anta at helium har det laveste smeltepunktet: ved normalt trykk forblir det flytende ved vilkårlig lave temperaturer.
Mange stoffer ved normalt trykk har ikke væskefase. Når de varmes opp, forvandles de umiddelbart til en gassform ved sublimering.
Figur 9 - Issmelting
Krystallisering er prosessen med faseovergang av et stoff fra en flytende til en fast krystallinsk tilstand med dannelse av krystaller.
En fase er en homogen del av et termodynamisk system atskilt fra andre deler av systemet (andre faser) ved hjelp av et grensesnitt som passerer gjennom hvilket kjemisk sammensetning, endres strukturen og egenskapene til materie brått.
Figur 10 - Krystallisering av vann med dannelse av is
Krystallisering er prosessen med å isolere en fast fase i form av krystaller fra løsninger eller smelter i den kjemiske industrien, krystalliseringsprosessen brukes til å oppnå stoffer i deres rene form.
Krystallisering begynner når en viss begrensende tilstand er nådd, for eksempel underkjøling av en væske eller overmetning av damp, når mange små krystaller - krystalliseringssentre - vises nesten umiddelbart. Krystaller vokser ved å feste atomer eller molekyler fra en væske eller damp. Veksten av krystallflater skjer lag for lag. kantene av ufullstendige atomlag (trinn) beveger seg langs ansiktet etter hvert som de vokser. Veksthastighetens avhengighet av krystalliseringsforhold fører til en rekke vekstformer og krystallstrukturer (polyedriske, lamellære, nåleformede, skjelett-, dendrittiske og andre former, blyantstrukturer, etc.). Under krystallisering oppstår det uunngåelig forskjellige defekter.
Antallet krystalliseringssentre og veksthastigheten påvirkes betydelig av graden av underkjøling.
Graden av superkjøling er nivået av avkjøling av det flytende metallet under temperaturen for overgangen til den krystallinske (faste) modifikasjonen. Det er nødvendig å kompensere for energien til den latente krystalliseringsvarmen. Primær krystallisering er dannelsen av krystaller i metaller (og legeringer) under overgangen fra flytende til fast tilstand.
Spesifikk fusjonsvarme (også: fusjonsentalpi; det er også et ekvivalent konsept for spesifikt krystalliseringsvarme) - mengden varme som må tilføres én masseenhet av et krystallinsk stoff i en isobarisk-isotermisk likevektsprosess for å å overføre det fra en fast (krystallinsk) tilstand til en væske (da frigjøres samme mengde varme under krystallisering av et stoff).
Varmemengde under smelting eller krystallisering: Q=ml
Fordampning og koking. Spesifikk fordampningsvarme
Fordampning er prosessen med overgang av et stoff fra flytende tilstand til gassform (damp). Fordampningsprosessen er det motsatte av kondensasjonsprosessen (overgang fra en damptilstand til en flytende tilstand. Fordampning (fordamping), overgangen til et stoff fra en kondensert (fast eller flytende) fase til en gassformig (damp); førsteordens. faseovergang.
Det er et mer utviklet konsept for fordampning i høyere fysikk
Fordampning er en prosess der fra overflaten av en væske eller fast partikler (molekyler, atomer) flyr ut (bryter av), med Ek > Ep.
Figur 11 - Fordampning over et krus med te
Spesifikk fordampningsvarme (vaporization) (L) er en fysisk størrelse som viser mengden varme som må tilføres 1 kg av et stoff tatt ved kokepunktet for å overføre det fra væske til gassform. Den spesifikke fordampningsvarmen måles i J/kg.
Koking er prosessen med fordampning i en væske (overgangen av et stoff fra en væske til en gassform), med utseendet til faseseparasjonsgrenser. Kokepunkt kl atmosfærisk trykk er vanligvis gitt som en av de viktigste fysisk-kjemiske egenskapene til et kjemisk rent stoff.
Koking er en førsteordens faseovergang. Koking skjer mye mer intenst enn fordampning fra overflaten, på grunn av dannelsen av fordampningssentre, bestemt både av den oppnådde koketemperaturen og tilstedeværelsen av urenheter.
Prosessen med bobledannelse kan påvirkes av trykk, lydbølger, ionisering. Spesielt er det på prinsippet om koking av mikrovolumer av væske fra ionisering under passasje av ladede partikler at boblekammeret fungerer.
Figur 12 - Kokende vann
Mengde varme under koking, fordampning av væske og kondensering av damp: Q=mL
For å smelte et fast stoff må det varmes opp. Og når du varmer opp en hvilken som helst kropp, noteres en merkelig funksjon
Det særegne er dette: kroppstemperaturen stiger opp til smeltepunktet, og stopper deretter til hele kroppen går over i en flytende tilstand. Etter smelting begynner temperaturen å stige igjen, hvis selvfølgelig oppvarmingen fortsetter. Det vil si at det er en periode hvor vi varmer opp kroppen, men den varmes ikke opp. Hvor blir varmeenergien vi bruker av? For å svare på dette spørsmålet må vi se inn i kroppen.
I et fast stoff er molekylene ordnet i en viss rekkefølge i form av krystaller. De beveger seg praktisk talt ikke, bare svinger litt på plass. For at et stoff skal gå inn i flytende tilstand, må molekylene tilføres ekstra energi slik at de kan unnslippe tiltrekningen av nabomolekyler i krystallene. Ved å varme opp kroppen gir vi molekylene denne nødvendige energien. Og før alle molekylene får nok energi og alle krystallene er ødelagt, øker ikke kroppstemperaturen. Eksperimenter viser at forskjellige stoffer med samme masse krever forskjellige mengder varme for å smelte den fullstendig.
Det vil si at det er en viss verdi som det avhenger av hvor mye varme må et stoff absorbere for å smelte?. Og denne verdien er forskjellig for forskjellige stoffer. Denne mengden i fysikk kalles den spesifikke fusjonsvarmen til et stoff. Igjen, som et resultat av eksperimenter, er verdiene for den spesifikke fusjonsvarmen for forskjellige stoffer blitt etablert og samlet i spesielle tabeller som denne informasjonen kan hentes fra. Den spesifikke fusjonsvarmen er betegnet med den greske bokstaven λ (lambda), og måleenheten er 1 J/kg.
Formel for spesifikk fusjonsvarme
Den spesifikke fusjonsvarmen finnes av formelen:
der Q er mengden varme som kreves for å smelte et legeme med masse m.
Igjen er det kjent fra eksperimenter at når stoffer størkner, frigjør de samme mengde varme som var nødvendig for å smelte dem. Molekyler, som mister energi, danner krystaller og er ute av stand til å motstå tiltrekningen av andre molekyler. Og igjen, kroppstemperaturen vil ikke synke før hele kroppen stivner, og til all energien som ble brukt på smeltingen er frigjort. Det vil si at den spesifikke fusjonsvarmen viser hvor mye energi som må brukes for å smelte et legeme med masse m, og hvor mye energi som vil frigjøres når denne kroppen størkner.
For eksempel er den spesifikke fusjonsvarmen av vann i fast tilstand, det vil si at den spesifikke fusjonsvarmen til is er 3,4 * 105 J/kg. Disse dataene lar deg beregne hvor mye energi som kreves for å smelte is av en hvilken som helst masse. Når du også kjenner til den spesifikke varmekapasiteten til is og vann, kan du beregne nøyaktig hvor mye energi som kreves for en bestemt prosess, for eksempel smelting av is som veier 2 kg og temperatur - 30˚C og bringer det resulterende vannet til å koke. Slik informasjon for ulike stoffer er svært nødvendig i industrien for å beregne de reelle energikostnadene ved produksjon av varer.
For å smelte et fast stoff må det varmes opp.
Eksperimenter viser at forskjellige stoffer med samme masse krever forskjellige mengder varme for å smelte den fullstendig.
Det vil si at det er en viss verdi som avhenger av hvor mye varme et stoff trenger å absorbere for å smelte. Og denne verdien er forskjellig for forskjellige stoffer. Denne mengden i fysikk kalles den spesifikke fusjonsvarmen til et stoff. Den spesifikke fusjonsvarmen viser hvor mye varme som trengs for å fullstendig transformere 1 kg av et stoff fra fast til flytende, tatt ved smeltepunktet Den spesifikke fusjonsvarmen er angitt med den greske bokstaven λ (lambda), og enheten til mål er 1 J/kg.
Formel for spesifikk fusjonsvarme
Den spesifikke fusjonsvarmen finnes av formelen:
λ = Q/m,
der Q er mengden varme som kreves for å smelte et legeme med masse m.
Mengden varme som kreves for å smelte et stoff er lik produktet av den spesifikke fusjonsvarmen og massen til stoffet.
Q = λ*m,
Igjen er det kjent fra eksperimenter at når stoffer størkner, frigjør de samme mengde varme som var nødvendig for å smelte dem. Molekyler, som mister energi, danner krystaller og er ute av stand til å motstå tiltrekningen av andre molekyler. Og igjen, kroppstemperaturen vil ikke synke før hele kroppen stivner, og til all energien som ble brukt på smeltingen er frigjort. Det vil si at den spesifikke fusjonsvarmen viser hvor mye energi som må brukes for å smelte et legeme med masse m, og hvor mye energi som vil frigjøres når denne kroppen størkner.