Плавление, расчет количества теплоты / Агрегатные состояния вещества; 8 класс

Плавление Расчет количества теплоты при плавлении Мартемьянова Татьяна Юрьевна учитель физики ГБОУ ФМЛ№239 г. Санкт-Петербург

СНЕГ И ГРАД

ЛЕДЯНОЙ ДОЖДЬ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ • Плавление – это процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое. Сопровождается поглощением энергии извне и увеличением внутренней энергии. • Кристаллизация – процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое. Сопровождается выделением энергии вовне и уменьшением внутренней энергии.

МЕХАНИЗМ ПЛАВЛЕНИЯ • В результате нагревания молекулы вещества получают энергию и начинают двигаться быстрее. • При дальнейшей передаче тепла наступает момент, когда силы притяжения между молекулами не в состоянии удержать их на одном месте, они начинают перескакивать с одного места на другое. • Процесс плавления вещества происходит как результат разрушения его кристаллической решетки.

ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ Вещество Температура плавления, °С Азот -210,0 Алюминий 660,1 Аммиак -77,7 Висмут 271,3 Вода 0 Кислород -218,8 Медь 1083 Олово 231,9 Парафин 54 Водород -259,2 Вольфрам 3416 Глицерин 18,4 Железо чистое 1535 Золото 1063 Ртуть -38,87 Свинец 327,4 Серебро 960,8 Серная кислота 10,5 В каком агрегатном состоянии находятся вещества при нормальных условиях (t = 0 0C, р = 100000 Па)?

Плотность алюминия Плотность золота Плотность серебра Температура Твердые куски будут тонуть в своем расплаве 20 2,7 19,00 10,5 660 2,380 ? ? 900 2,315 ? 9,30 1100 2,261 17,24 9,20 1200 ? 17,12 ? 1300 ? 17,00 9,00 Температура плавления 660,5 1064 962 Температура кипения 2089 2807 2212

Плотность воды Плотность висмута Температура Твердые куски будут всплывать в своем расплаве -4 0,99945 19,00 0 0,99987 ? 4 1,00000 ? 20 0,99997 9,8 300 - 10,03 600 - 9,66 962 - 9,20 Температура плавления 0 271,3 Температура кипения 100 1564

ПЛАВЛЕНИЕ и ОТВЕРДЕВАНИЕ Плавлени е Q Поглощается, идет на разрушение Увеличивает ся Q>0 ΔU>0 кристаллической решетки tпл0  tкр0  const U Уменьшаетс я Кристаллизац ия Выделяется при восстановлении Q

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА • Количество теплоты, которое принимает 1 кг данного вещества при его превращении в жидкость при температуре плавления tопл, называется удельной теплотой плавления вещества. Дж   1 кг «лямбда»

ДАВАЙТЕ ПОРАССУЖДАЕМ! • Чтобы расплавить (кристаллизовать) тело массой 1кг требуется сообщить (отнять) количество теплоты, равное • Чтобы расплавить (кристаллизовать) тело массой m кг требуется сообщить (отнять) количество теплоты, равное • Чтобы превратить в жидкость твердое тело массой m кг, взятого при t < tпл требуется сначала нагреть λ λm его до tпл • Чтобы кристаллизовать жидкость массой m кг, взятой при t > tпл требуется сначала охладить его до tпл

ФОРМУЛА Qполуч   � m Qотд   � m [λ] = 1 Дж/кг – удельная теплота плавления (кристаллизации) вещества [m] = 1 кг – масса вещества

ПЛАВЛЕНИЕ и ОТВЕРДЕВАНИЕ При плавлении вещество получает энергию, его внутренняя энергия увеличивается, и кристаллическая решетка разрушается. Qполуч   � m При кристаллизации у вещества забирают энергию, его внутренняя энергия уменьшается, и кристаллическая решетка восстанавливается. Qотд   � m

АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ ВЫРАЖЕНИЯ Q = λm m=? λ= ? Q m  Q  m

ЭКСПЕРИМЕНТ • Нагревание бумажной полоски на деревянном цилиндре с кнопкой. • Обсуждение результата.

1. Что является количественной мерой процесса теплопередачи? Количество теплоты Q при плавлении твердых тел, 2. От чего зависит приращение внутренней энергии при плавлении (кристаллизации)? при кристаллизации жидкостей зависит от массы и рода вещества 3. Как определить количество теплоты при плавлении (кристаллизации) тела? Q  m 4. От чего зависит знак Q ? еслиU 2 f U1 , тоQ 0 еслиU 2 p U1 , тоQ p 0

5. Что показывает удельная теплота плавления вещества λ? удельная теплота плавления показывает какое количество теплоты получает или отдает 1 кг вещества при плавлении (отвердевании) при температуре плавления tпл 0С Q  m 5. От чего она зависит? 1. От свойств вещества (состав вещества) 2. От условий протекания процесса (давления)

ПОДУМАЙ И ОТВЕТЬ: • Зачем в погребах в холодную погоду рядом с овощами ставят большие емкости с водой? • Если в воду при температуре 0 0С бросить кусок льда при температуре -22 0С, произойдет заметное увеличение массы льда. Кристаллизация воды сопровождается выделением значительного количества теплоты, почему же при этом вода не нагревается?

ПОДУМАЙ И ОТВЕТЬ: t, 0C Продолжите график. Назовите процессы. 12,6 0 -30 лёд Qполуч, кДж

РЕШЕНИЕ: Было: лёд m t1 = -30 0C нагревание Стало: лёд m t2 = 0 0C плавление Потом: вода m t2 = 0 0C нагревание Затем: вода m t1 = 100 0C Q1получ  c1m1t1  2100 � m� 30  12600 12600 mкг   0, 2  63000  Дж Q2 получ   � mкг  334000 � 0, 2 кг  66800 Дж  66,8кДж Q3получ  c2 m2 t2  Дж 0  4200 � 0, 2 кг � 100 С 0 кг �С  84000 Дж  84кДж 

ОТВЕТ: t, 0C на гр ев ан ие 100 -30 наг р 0 ева ние 12,6 плавление 12,6+66,8=79,4 Qполуч, кДж 79,4+84=163,4

ПОДУМАЙ И ОТВЕТЬ: t, 0C 0 40 лёд + вода 168 τ, мин. вода лёд -50 Определите удельную теплоту плавления льда. Полезная мощность нагревателя постоянная. В конце процесса весь лёд растаял, с = 2100 Дж/кг0С.

РЕШЕНИЕ: Было: лёд m t1 = -50 0C нагревание Стало: лёд m t2 = 0 0C плавление Потом: вода m t2 = 0 0C Qт 50 т  105000 � 1получ  2100 � � Qт 2получ   � Q1 105000 � т P1   1 2400 Q2  � т P2    2 7680 P1  P2 105000 � т � т  2400 7680 105000 � т� 7680 �Дж �   336000 � � 2400 � т �кг �

ПОДУМАЙ И ОТВЕТЬ: t, 0C 60 вода лёд + вода 0 30 50 τ, мин. Определите массовую долю льда в мокром снеге. Полезная мощность холодильника постоянная, с = 4200 Дж/кг0С, λ = 334 кДж/кг.

РЕШЕНИЕ: Было: вода M t1 = 60 0C Q1отд  4200 � M� 60  252000 � M Q2 отд  334000 � m охлаждение Стало: Потом: Q1 252000 � M P1   1 1800 вода M Q2 334000 � m t2 = 0 0C P2   2 1200 отвердевание P1  P2 лёд m t2 = 0 0C 252000 � M 334000 � m  1800 1200 m 252000 � 1200  �0,50  50% M 334000 � 1800

ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ: • http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BD %D0%B5%D0%B3 снег • http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B %D1%91%D0%B4 лёд • http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B %D0%B5%D0%B4%D1%8F%D0%BD%D0%BE %D0%B9_%D0%B4%D0%BE %D0%B6%D0%B4%D1%8C ледяной дождь • http://www.rusactive.ru/useful/helpinfo/fizika плотности веществ в твердом и жидком состояниях