Cismin ısı transferi sırasında kazandığı veya kaybettiği enerjiye denir. ısı miktarı. Isı miktarı cismin kütlesine, vücut ısısı farkına ve maddenin cinsine bağlıdır.
[Q]=J veya kalori
1 cal 1 g suyu 1 o C ısıtmak için gereken ısı miktarıdır.
Özgül ısı – fiziksel miktar 1 kg ağırlığındaki bir cismin sıcaklığının 1 o C değişmesi için aktarılması gereken ısı miktarına eşittir.
[C] = J/kg veya C
Suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/kg o C'dir. Bu, 1 kg ağırlığındaki suyu 1 o C ısıtmak için 4200 J ısı harcamak gerektiği anlamına gelir.
Farklı konumlarda bulunan bir maddenin özgül ısı kapasitesi toplanma durumları, farklıdır. Böylece buzun ısı kapasitesi 2100 J/kg o C olur. Suyun özgül ısı kapasitesi en büyük olanıdır. Bu bakımdan denizlerde ve okyanuslarda bulunan su, yazın ısıtıldığında büyük miktarda ısıyı emer. Kışın su soğur ve büyük miktarda ısı verir. Bu nedenle su kütlelerine yakın bölgelerde yazın çok sıcak, kışın ise çok soğuk olmaz. Su, yüksek ısı kapasitesi nedeniyle teknolojide ve günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin evlerin ısıtma sistemlerinde, parçaların makinelerde işlenmesi sırasında soğutulması, ilaç (ısıtma yastıkları) vb.
Katı ve sıvıların sıcaklığı arttıkça kinetik enerji parçacıkları: daha yüksek hızlarda titremeye başlarlar. Belirli bir madde için oldukça spesifik olan belirli bir sıcaklıkta, parçacıklar arasındaki çekim kuvvetleri artık onları düğümler halinde tutamaz. kristal kafes(uzun menzilli düzen kısa menzilliye dönüşür) ve kristal erimeye başlar, yani. madde sıvı hale gelmeye başlar.
Erime – maddenin geçiş süreci katı hal sıvıya.
Katılaşma (kristalleşme)– bir maddenin sıvı durumdan katı duruma geçiş süreci.
Erime işlemi sırasında kristalin sıcaklığı sabit kalır. Bu sıcaklığa denir erime noktası. Her maddenin kendine ait bir erime noktası vardır. Tablodan bulun.
Erime sırasında sıcaklığın sabitliği büyük bir öneme sahiptir. pratik önemi, termometreleri kalibre etmenize, kesin olarak belirlenmiş bir sıcaklıkta eriyen sigortalar ve göstergeler üretmenize olanak tanıdığı için. Erime noktasını bilmek çeşitli maddeler Tamamen gündelik bir bakış açısından da önemlidir: Aksi takdirde, bu tencerenin veya kızartma tavasının bir gaz ocağının ateşinde erimeyeceğini kim garanti edebilir?
Erime sıcaklığı ve eşit katılaşma sıcaklığı - karakteristik özellik maddeler. Cıva -39 o C sıcaklıkta eriyip katılaşır. Uzak Kuzey cıvalı termometreler kullanılmaz. Bu enlemlerde cıvalı termometreler yerine alkol termometreleri kullanılmaktadır (-114 o C). En dayanıklı metal tungstendir (3420 o C).
Bir maddeyi eritmek için gereken ısı miktarı aşağıdaki formülle belirlenir:
Burada m maddenin kütlesidir ve özgül füzyon ısısıdır.
J/kg
Özgül füzyon ısısı – Erime noktasında alınan 1 kg maddenin erimesi için gereken ısı miktarı. Her maddenin kendine ait bir maddesi vardır. Tablo kullanılarak bulunur.
Bir maddenin erime noktası basınca bağlıdır. Erime sırasında hacmi artan maddeler için basınçtaki artış erime noktasını artırır ve bunun tersi de geçerlidir. Su eridiğinde hacmi azalır ve basınç arttıkça buz daha düşük sıcaklıkta erir.
Bilet numarası 14
Kristalleşme ve erime süreçleri aynı fiziksel nicelikleri tanımlar. Aradaki fark, erime sırasında vücudun kafesi yok etmek için enerjiye ihtiyaç duyması, kristalleşme sırasında ise tam tersine vücudun çevreye enerji salmasıdır.
Spesifik kristalleşme ısısı kavramı
Spesifik kristalleşme ısısı (erime), 1 kg tarafından salınan (tüketilen) enerji miktarı olarak anlaşılır. sıvıdan katıya geçiş sırasında maddeler (ve tersi). Kristalleşme (eritme) işlemi sırasında maddenin sıcaklığının değişmediğini ve zaten işlemin mümkün olabileceği bir değere getirildiğini belirtmek önemlidir.
Kristalleşmenin (erime) özgül ısısı J/kg cinsinden ölçülür ve harfle gösterilir. Yunan alfabesiλ. Tanım gereği:
burada Q, maddenin m kilogramı tarafından salınan (tüketilen) enerji miktarıdır.
Ardışık termal prosesler için enerji hesaplamaları
m kilogram suyun örneğin +20°C'den -10°C'ye soğutulması sürecini düşünün. Burada üç termal süreçle uğraşıyoruz:
- +20°С sıcaklıktan 0°С'ye su soğutma, ∆T1 = - 20°;
- 0°C sıcaklıkta suyun buza kristalleştirilmesi;
- 0°С'den -10°С'ye kadar buzla soğutma, ∆T2 = - 10°;
Açığa çıkan enerji miktarı Q, bu süreçlerin her birindeki enerjilerin toplamına eşittir:
S = Ç1 + Ç2 + Ç3;
Q1 = C1 * m * ∆T1;
Q3 = C2 * m * ∆T2;
burada C1 ve C2 sırasıyla su ve buzun özgül ısı kapasitesidir. Q2'deki “-” işareti, kristalleşme sırasında enerji salınımı sürecinin devam ettiği anlamına gelir.
Erime, bir cismin kristal katı durumdan sıvı duruma geçişidir. Erime, spesifik füzyon ısısının emilmesiyle meydana gelir ve birinci dereceden bir faz geçişidir.
Erime yeteneği, bir maddenin fiziksel özelliklerini ifade eder.
Normal basınçta tungsten metaller arasında en yüksek erime noktasına sahiptir (3422 °C), basit maddeler genel olarak karbon (çeşitli kaynaklara göre, 3500 - 4500 °C) ve isteğe bağlı maddeler arasında - hafniyum karbür HfC (3890 °C). Helyumun en düşük erime noktasına sahip olduğunu varsayabiliriz: normal basınçta, isteğe bağlı olarak düşük sıcaklıklarda sıvı kalır.
Normal basınçtaki birçok maddenin sıvı fazı yoktur. Isıtıldığında süblimleşme yoluyla hemen gaz haline dönüşürler.
Şekil 9 - Buzun erimesi
Kristalizasyon, bir maddenin kristal oluşumu ile sıvı halden katı kristal durumuna faz geçiş sürecidir.
Faz, bir termodinamik sistemin homojen bir parçasıdır ve sistemin diğer kısımlarından (diğer fazlardan) bir arayüzle ayrılır. kimyasal bileşim Maddenin yapısı ve özellikleri aniden değişir.
Şekil 10 - Buz oluşumuyla suyun kristalleşmesi
Kristalizasyon, kristal formundaki katı bir fazın çözeltilerden veya eriyiklerden izole edilmesi işlemidir; kimya endüstrisinde kristalizasyon işlemi, maddeleri saf formda elde etmek için kullanılır.
Kristalleşme, belirli bir sınırlayıcı koşula ulaşıldığında başlar; örneğin, bir sıvının aşırı soğutulması veya buharın aşırı doyması, birçok küçük kristal - kristalleşme merkezleri - neredeyse anında ortaya çıktığında. Kristaller, bir sıvı veya buhardan atom veya moleküllerin bağlanmasıyla büyür. Kristal yüzeylerin büyümesi katman katman meydana gelir; tamamlanmamış atomik katmanların (adımların) kenarları, büyüdükçe yüzey boyunca hareket eder. Büyüme hızının kristalizasyon koşullarına bağlı olması, çeşitli büyüme formlarına ve kristal yapılara (çokyüzlü, katmanlı, iğne şeklinde, iskelet, dendritik ve diğer formlar, kalem yapıları vb.) yol açar. Kristalizasyon işlemi sırasında kaçınılmaz olarak çeşitli kusurlar ortaya çıkar.
Kristalizasyon merkezlerinin sayısı ve büyüme hızı, aşırı soğutma derecesinden önemli ölçüde etkilenir.
Aşırı soğutma derecesi, sıvı metalin kristal (katı) modifikasyona geçiş sıcaklığının altındaki soğuma seviyesidir. Gizli kristalleşme ısısının enerjisini telafi etmek gerekir. Birincil kristalleşme, sıvıdan katı duruma geçiş sırasında metallerde (ve alaşımlarda) kristallerin oluşmasıdır.
Spesifik füzyon ısısı (ayrıca: füzyon entalpisi; aynı zamanda spesifik bir kristalizasyon ısısı kavramı da vardır) - bir denge izobarik-izotermal süreçte kristalli bir maddenin bir birim kütlesine verilmesi gereken ısı miktarı onu katı (kristal) bir durumdan bir sıvıya aktarmak için (daha sonra bir maddenin kristalleşmesi sırasında aynı miktarda ısı açığa çıkar).
Erime veya kristalleşme sırasındaki ısı miktarı: Q=ml
Buharlaşma ve kaynama. Özgül buharlaşma ısısı
Buharlaşma, bir maddenin sıvı halden gaz haline (buhar) geçiş sürecidir. Buharlaşma işlemi, yoğunlaşma işleminin tersidir (buhar halinden sıvı duruma geçiş. Buharlaşma (buharlaşma), bir maddenin yoğunlaşmış (katı veya sıvı) fazdan gaz (buhar) fazına geçişi; birinci dereceden faz geçişi.
Yüksek fizikte daha gelişmiş bir buharlaşma kavramı vardır.
Buharlaşma, bir sıvının yüzeyinden veya sağlam parçacıklar (moleküller, atomlar) Ek > Ep ile uçar (kırılır).
Şekil 11 - Bir fincan çay üzerindeki buharlaşma
Özgül buharlaşma ısısı (buharlaşma) (L), sıvıdan gaz haline geçmek için kaynama noktasında alınan 1 kg maddeye verilmesi gereken ısı miktarını gösteren fiziksel bir miktardır. Buharlaşmanın özgül ısısı J/kg cinsinden ölçülür.
Kaynama, faz ayırma sınırlarının ortaya çıkmasıyla birlikte bir sıvıda buharlaşma işlemidir (bir maddenin sıvıdan gaz durumuna geçişi). Kaynama noktası atmosferik basınç genellikle kimyasal olarak saf bir maddenin temel fizikokimyasal özelliklerinden biri olarak verilir.
Kaynama birinci dereceden bir faz geçişidir. Kaynama, hem elde edilen kaynama sıcaklığı hem de yabancı maddelerin varlığı ile belirlenen buharlaşma merkezlerinin oluşması nedeniyle yüzeydeki buharlaşmadan çok daha yoğun bir şekilde meydana gelir.
Kabarcık oluşumu süreci basınçtan etkilenebilir, ses dalgaları, iyonizasyon. Özellikle, kabarcık odasının çalıştığı yüklü parçacıkların geçişi sırasında mikro hacimli sıvının iyonizasyondan kaynatılması prensibine dayanır.
Şekil 12 - Kaynar su
Kaynama, sıvının buharlaşması ve buharın yoğunlaşması sırasındaki ısı miktarı: Q=mL
Katı bir maddenin erimesi için ısıtılması gerekir. Ve herhangi bir vücudu ısıtırken ilginç bir özellik fark edilir
Tuhaflık şudur: Vücut ısısı erime noktasına kadar yükselir ve ardından tüm vücut sıvı duruma geçene kadar durur. Eridikten sonra sıcaklık tekrar yükselmeye başlar, tabi ki ısıtmaya devam edilirse. Yani vücudu ısıttığımız ama ısınmadığı bir süre var. Harcadığımız ısı enerjisi nereye gidiyor? Bu soruyu cevaplamak için vücudun içine bakmamız gerekiyor.
Bir katıda moleküller kristal şeklinde belirli bir sırayla düzenlenmiştir. Pratik olarak hareket etmiyorlar, sadece yerinde hafifçe salınıyorlar. Bir maddenin sıvı duruma geçebilmesi için, kristallerdeki komşu moleküllerin çekiminden kaçabilmeleri için moleküllere ek enerji verilmesi gerekir. Vücudu ısıtarak moleküllere bu gerekli enerjiyi veririz. Ve tüm moleküller yeterli enerjiyi alana ve tüm kristaller yok edilene kadar vücut ısısı artmaz. Deneyler, aynı kütledeki farklı maddelerin tamamen erimesi için farklı miktarlarda ısıya ihtiyaç duyduğunu göstermektedir.
Yani bağlı olduğu belirli bir değer vardır. Bir maddenin erimesi için ne kadar ısı alması gerekir?. Ve bu değer farklı maddeler için farklıdır. Fizikte bu miktara bir maddenin özgül füzyon ısısı denir. Yine deneyler sonucunda çeşitli maddelerin özgül füzyon ısısı değerleri belirlenmiş ve bu bilgilerin toplanabileceği özel tablolarda toplanmıştır. Spesifik füzyon ısısı Yunanca λ (lambda) harfiyle gösterilir ve ölçüm birimi 1 J/kg'dır.
Spesifik füzyon ısısı formülü
Spesifik füzyon ısısı aşağıdaki formülle bulunur:
burada Q, m kütleli bir cismi eritmek için gereken ısı miktarıdır.
Yine deneylerden, maddelerin katılaştığında, kendilerini eritmek için gerekli olan ısı miktarını açığa çıkardıkları bilinmektedir. Enerji kaybeden moleküller, diğer moleküllerin çekimine karşı koyamayarak kristaller oluştururlar. Ve yine, tüm vücut sertleşene ve erimesi için harcanan tüm enerji serbest kalana kadar vücut sıcaklığı düşmeyecektir. Yani özgül füzyon ısısı, m kütleli bir cismi eritmek için ne kadar enerji harcanması gerektiğini ve bu cisim katılaştığında ne kadar enerji açığa çıkacağını gösterir.
Örneğin katı haldeki suyun özgül ergime ısısı, yani buzun özgül ergime ısısı 3,4*105 J/kg'dır. Bu veriler, herhangi bir kütledeki buzu eritmek için ne kadar enerji gerektiğini hesaplamanıza olanak tanır. Buz ve suyun özgül ısı kapasitesini de bildiğinizde, belirli bir işlem için tam olarak ne kadar enerji gerektiğini hesaplayabilirsiniz; örneğin, 2 kg ağırlığındaki buzun eritilmesi ve sıcaklığı -30˚C ve elde edilen suyun kaynatılması. Çeşitli maddelere ilişkin bu tür bilgiler, endüstride herhangi bir malın üretimindeki gerçek enerji maliyetlerini hesaplamak için çok gereklidir.
Katı bir maddenin erimesi için ısıtılması gerekir.
Deneyler, aynı kütledeki farklı maddelerin tamamen erimesi için farklı miktarlarda ısıya ihtiyaç duyduğunu göstermektedir.
Yani bir maddenin erimesi için ne kadar ısı alması gerektiğine bağlı olan belirli bir değer vardır. Ve bu değer farklı maddeler için farklıdır. Fizikte bu miktara bir maddenin özgül füzyon ısısı denir. Spesifik füzyon ısısı, erime noktasında alınan, 1 kg'lık bir maddenin katıdan sıvıya tamamen dönüştürülmesi için ne kadar ısıya ihtiyaç duyulduğunu gösterir. Spesifik füzyon ısısı, Yunanca λ (lambda) harfi ve birimi ile gösterilir. ölçüm 1 J/kg'dır.
Spesifik füzyon ısısı formülü
Spesifik füzyon ısısı aşağıdaki formülle bulunur:
λ = Q/m,
burada Q, m kütleli bir cismi eritmek için gereken ısı miktarıdır.
Bir maddeyi eritmek için gereken ısı miktarı, özgül füzyon ısısı ile maddenin kütlesinin çarpımına eşittir.
S = λ*m,
Yine deneylerden, maddelerin katılaştığında, kendilerini eritmek için gerekli olan ısı miktarını açığa çıkardıkları bilinmektedir. Enerji kaybeden moleküller, diğer moleküllerin çekimine karşı koyamayarak kristaller oluştururlar. Ve yine, tüm vücut sertleşene ve erimesi için harcanan tüm enerji serbest kalana kadar vücut sıcaklığı düşmeyecektir. Yani özgül füzyon ısısı, m kütleli bir cismi eritmek için ne kadar enerji harcanması gerektiğini ve bu cisim katılaştığında ne kadar enerji açığa çıkacağını gösterir.