8 класс. Удельная теплота плавления

Подробности

Просмотров: 301

Назад в «Оглавление» — смотреть

1. Что называется удельной теплотой плавления?

Удельной теплотой плавления называется физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние.

2. В каких единицах измеряется удельная теплота плавления?

Удельную теплоту плавления обозначают буквой (ламбда).
Единица удельной теплоты плавления — 1 Дж/кг.

3. Что показывает удельная теплота плавления?

Удельная теплота плавления показывает количество теплоты, необходимое кристаллическому телу массой 1 кг для полного его плавления.

4. Как объяснить процесс плавления тела на основе учения о строении вещества?

Когда тело нагреется до температуры плавления, то средняя кинетическая энергия и скорость молекул в расплавленном веществе становится больше,, чем в нерасплавленном.

Увеличение кинетической энергии и скорости молекул приводит к нарушению порядока расположения частиц в кристаллах.
Кристаллы теряют свою форму, и вещество плавится.

5. На что расходуется энергия топлива при плавлении кристаллического тела, нагретого до температуры плавления?

Вся энергия, которую получает кристаллическое тело, после того как оно уже нагрето до температуры плавления, расходуется на разрушение кристалла, поэтому до полного плавления температура тела перестает повышаться.
При температуре плавления внутренняя энергия вещества в жидком состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в твердом состоянии.

6. Что происходит с энергией расплавленного вещества в результате его кристаллизации?

При отвердевании вещества средняя кинетическая энергия и скорость молекул в охлажденном расплавленном веществе уменьшается, расположение частиц становится упорядоченным — образуется кристалл.

При температуре кристаллизации внутренняя энергия вещества в жидком состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в твердом состоянии.
Поэтому процесс кристаллизации идет с выделением энергии.
Однако эта выделяющаяся при кристаллизации энергия расходуется на поддержание постоянной температуры процесса кристаллизации.

7. Можно ли сравнивать количество теплоты, поглощаемое телом при плавлении, с количеством теплоты, выделяющимся при кристаллизации?

Да, можно.
При отвердевании кристаллического вещества выделяется точно такое же количество теплоты, которое поглощается при его плавлении.

8. Как вычислить количество теплоты, необходимое для плавления кристаллического тела?

Чтобы вычислить количество теплоты , необходимое для плавления кристаллического тела, взятого при его температуре плавления, нужно удельную теплоту плавления умножить на массу тела:

9. Как вычислить количество теплоты, выделяющееся при кристаллизации тела?

Чтобы вычислить количество теплоты, выделяющееся при кристаллизации тела, имеющего температуру плавления, надо удельную теплоту плавления умножить на массу тела:

Задача
Для приготовления чая турист положил в котелок лед массой 2 кг, имеющий температуру 0°С.
Какое количество теплоты необходимо для превращения этого льда в кипяток при температуре 100 °С?
Энергию, израсходованную на нагревание котелка, не учитывать.
Сколько теплоты понадобилось бы, если вместо льда турист взял из проруби воду той же массы при той же температуре?

Назад в «Оглавление» — смотреть

Удельная теплота плавления | 8 класс

Содержание

Рассматривая график плавления и отвердевания льда в прошлом уроке, мы выяснили, что во время процесса плавления температура льда не меняется. Температура продолжит расти только тогда, когда лед полностью перейдет в жидкость. То же самое мы наблюдали и при кристаллизации воды. 

Но, когда лед плавится, он все равно получает энергию. Ведь во время плавления мы не выключаем горелку — лед получает какое-то количество теплоты от сгорающего в спиртовке (или другом нагревателе) топлива. Куда уходит эта энергия? Вы уже знаете закон сохранения энергии — энергия не может исчезнуть.

На данном уроке мы подробно рассмотрим, что происходит во время процесса плавления, как изменяется энергия и температура. Это позволит нам перейти к новому определению — удельной теплоте плавления.

Изменение внутренней энергии и температуры при плавлении

Так на что же уходит энергия, которую мы сообщаем телу, при плавлении?

Вы знаете, что в кристаллических твердых телах атомы (или молекулы) расположены в строгом порядке (рисунок 1). Они не двигаются так активно, как в газах или жидкостях. Тем не менее, они также находятся в тепловом движении — колеблются.

Рисунок 1. Строение кристаллического кварца

Взгляните еще раз на график плавления и отвердевания льда (рисунок 2).

Рисунок 2. График плавления и отвердевания льда

Нагревание льда идет на участке AB. В это время увеличивается средняя скорость движения его молекул. Значит, возрастает и их средняя кинетическая энергия и температура. Размах колебаний атомов (или молекул) увеличивается.

Так происходит то того момента, пока нагреваемое тело не достигнет температуры плавления. 

При температуре плавления нарушается порядок в расположении частиц в кристаллах.

Так вещество начинает переход из твердого состояния в жидкое.

Значит, энергия, которую получает тело после достижения температуры плавления, расходуется на разрушение кристаллической решетки. Поэтому температура тела не повышается — участок графика BC.

Изменение внутренней энергии и температуры при отвердевании

При отвердевании происходит обратное. 

Средняя скорость движения молекул и их средняя кинетическая энергия в жидкости (расплавленном веществе) уменьшается при охлаждении. Этому соответствует участок графика DE на рисунке 2.

Теперь силы притяжения между молекулами могут удерживать их друг около друга. Расположение частиц становится упорядоченным — образуется кристалл (участок графика EF). 

Куда расходуется энергия, которая выделяется при кристаллизации? Температура тела остается постоянной во время этого процесса. Значит, энергия расходуется на поддержание этой температуры, пока тело полностью не отвердеет.

Теперь мы можем сказать, что 

При температуре плавления внутренняя энергия вещества в жидком состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в твёрдом состоянии.

Эта избыточная энергия выделяется при кристаллизации и поддерживает температуру тела на одном уровне во время всего процесса отвердевания.

{"questions":[{"content":"На что расходуется энергия, выделяемая телом при его отвердевании?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["На поддержание температуры тела до его полной кристаллизации","На разрушение кристаллической решетки","На увеличение средней скорости движения его молекул","На образование кристаллической решетки"],"answer":[0]}}}]}

Удельная теплота плавления

Опытным путем доказано, что для превращения твердых кристаллических тел одинаковой массы в жидкость необходимо разное количество теплоты. 5 \space Дж$ энергии.

Расчет количества теплоты, необходимого для плавления или отвердевания вещества

Чтобы вычислить количество теплоты $Q$, необходимое для плавления кристаллического тела массой $m$, взятого при его температуре плавления и нормальном атмосферном давлении, нужно удельную теплоту плавления $\lambda$ умножить на массу тела $m$:
$Q = \lambda m$.

Мы можем выразить из этой формулы массу $m$ и удельную теплоту плавления $\lambda$:

$m = \frac{Q}{\lambda}$,
$\lambda = \frac{Q}{m}$.

Количество теплоты, которое выделится при отвердевании, рассчитывается по этой же формуле. Но при этом необходимо помнить, что внутренняя энергия тела будет уменьшаться.

{"questions":[{"content":"Количество теплоты, которое необходимо затратить на плавление кристаллического тела или которое выделяется при отвердевании расплавленного металлического тела, можно рассчитать по формуле[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["$Q = \\lambda m$","$Q = cm(t_2 - t_1)$","$Q = cm$","$Q = \\lambda m(t_2 - t_1)$"],"explanations":["","Это формула для расчета количества теплоты, которое необходимо затратить на нагревание тела или которое выделится при его охлаждении.","",""],"answer":[0]}}}]}

Упражнения

Упражнение №1

В кастрюлю положили лёд массой $2 \space кг$. Его температура была равна $0 \degree C$. Рассчитайте количество энергии, которое понадобилось, чтобы полностью растопить лёд и превратить его в кипяток с температурой $100 \degree C$. 5 \frac{Дж}{кг}} = 2.55 \space кг$.

Ответ: $m_2 = 2.55 \space кг$.

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОМОЩНОСТЬ И ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ

Часть I. Удельная теплоемкость

ТЕПЛООБМЕН: Когда два или более объекта с разной температурой собираются вместе в изолированной среде, они в конечном итоге достигают одной и той же температуры в процессе теплообмена. То есть более теплые материалы передают тепло более холодным материалам до тех пор, пока их температуры не станут одинаковыми. Энергия, которая передается, называется внутренней энергией, энергией, связанной со случайным движением молекул в микроскопическом масштабе. Эту энергию можно разделить на кинетическую энергию и потенциальную энергию, возникающую из-за сил межмолекулярного притяжения в материале. Если у нас есть два изолированных вещества и предполагается отсутствие потерь в окружающей среде, то принцип сохранения энергии подразумевает, что энергия, потерянная одним веществом, должна быть получена другим.

Если Q обозначает количество теплоты, эту идею можно выразить как

(1)

Температура – ​​это мера средней кинетической энергии случайного молекулярного движения. По мере того, как тело приобретает или теряет кинетическую энергию, его температура будет увеличиваться или уменьшаться. Изменение температуры обозначается DT, где

(2)

Хотя внутренняя энергия, которой обладает объект, прямо пропорциональна его массе, из этого не следует, что два объекта с одинаковой массой и температурой имеют одинаковое количество внутренней энергии. Температура отражает только часть кинетической энергии внутренней энергии, поэтому вещество с большей долей своей внутренней энергии в виде потенциальной энергии будет иметь большую внутреннюю энергию при данной температуре.

Таким образом, грамм воды при 50°C будет иметь гораздо большую внутреннюю энергию, чем грамм меди при 50°C, и потребуется гораздо больше энергии, чтобы нагреть воду до 60°C, чем для получения такого же изменения температуры в воде. медь. Это свойство отражается в величине, называемой удельной теплоемкостью (S). Удельная теплоемкость определяется как количество теплоты, необходимое для повышения температуры 1 г вещества на 1°С.

Принимая во внимание все вышеизложенное, количество теплоты, теряемой или приобретаемой телом, можно рассчитать по соотношению

(3)

, где М — масса вещества.

* Внутреннюю энергию можно измерить в калориях. Диетическая калорийность – это килокалория или 1000 калорий.

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ: Будет определена удельная теплоемкость металлического образца. Ниже приводится краткое изложение эксперимента, а видео об устройстве, доступное на правой боковой панели, покажет вам задействованное оборудование.

Нагретый металл заливают в термоизолированную емкость с прохладной водой. Поскольку будут предприняты меры для предотвращения попадания тепла в контейнер или его выхода из него, предполагается, что количество энергии, теряемое горячим металлом, приобретается водой.

Из соотношений (2) и (3) можно вычислить количество теплоты, полученное водой. Поскольку это должно быть количество теплоты, потерянной металлом, соотношение (3) можно применить к металлическому образцу. Когда производится замена известных величин, оставшаяся неизвестная величина представляет собой удельную теплоемкость металла, которая затем рассчитывается по уравнению.

ПРОЦЕДУРА:

1. Наполните котел примерно на 2/3 водой. Немедленно начните нагревание.

2. Поместите известную массу металла в чашу котла следующим образом:

а. Определить массу пустой чаши котла.

б. Заполните котел примерно на 2/3 предоставленным металлическим материалом и повторно определите массу.

3. Аккуратно поместите чашу бойлера в котел, чтобы металл мог начать нагреваться.

4. С помощью мерного цилиндра налейте 100 мл или другой удобный объем прохладной воды, чтобы чашка калориметра была заполнена примерно на 2/3. Так как вода имеет плотность 1 грамм/см ³ = 1 грамм/мл, количество граммов равно количеству мл воды.

5. Поместите один термометр в чашу котла и осторожно погрузите его в металлические частицы.

6. Когда металл почти полностью нагреется, поместите другой термометр в калориметр и запишите начальную температуру воды.

7. Когда температура металла достигнет примерно 95°C (которая должна быть начальной температурой металла), быстро снимите котел с котла и вылейте горячий металл в калориметр. Запишите начальную температуру металла.

8. Быстро накройте калориметр крышкой. Поместите термометр через отверстие в верхней части в крышку и ОСТОРОЖНО перемешайте металл и воду.

9. После того, как вы вставили термометр и перемешали смесь, запишите температуру. Это конечная температура металла и воды. Запишите температуру. Показания температуры должны медленно снижаться от этого значения по мере того, как смесь охлаждается до комнатной температуры, поэтому важно провести это измерение как можно скорее.

10. Рассчитайте удельную теплоемкость металла по собранным вами данным. Сделайте предварительную идентификацию металла, обратившись к таблице удельных теплоемкостей.

Часть II. Тепло плавления воды

ИЗМЕНЕНИЕ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ В ЖИДКОСТЬ: Для превращения твердого тела в жидкость требуется увеличение внутренней энергии. И наоборот, уменьшение внутренней энергии может привести к замерзанию или затвердеванию жидкостей. Эти переходы твердой фазы в жидкую происходят без изменения температуры, т. е. не происходит изменения средней кинетической энергии. Теплота плавления вещества – это теплообмен, необходимый для плавления одного грамма вещества (калории/г).

В этой части эксперимента будет определена теплота плавления воды. Теплая вода будет использоваться для таяния льда, а изменение температуры воды в калориметре будет использоваться для расчета количества энергии, извлеченной из воды для таяния льда. Лед должен поглощать тепло, чтобы растаять. Поглощенное тепло можно выразить как

Тепло, полученное льдом = Тепло, потерянное водой

(5)

, где Lf — теплота плавления в калориях/грамм. Необходимое тепло будет передаваться от теплой воды льду.

ПРОЦЕДУРА:

1. Нагрейте немного воды примерно на 15°C выше комнатной температуры. (Вода из крана горячей воды может быть достаточно горячей.)

2. Взвесьте пустой калориметр пенопластовой чашкой и запишите его массу. Перемассируйте его, когда он будет примерно наполовину заполнен теплой водой, и запишите новую массу. Это нужно делать осторожно, так как это нельзя повторить позже. Вычислите массу теплой воды.

3. Аккуратно перемешайте воду и запишите ее температуру с помощью термометра 50°C.

4. Сухие кусочки льда, снабженные бумажным полотенцем. Опустите их в воду, осторожно помешивая и стараясь не расплескать воду. Продолжайте помешивать воду, добавляя в нее лед по одному кусочку за раз. Когда температура воды станет примерно на 15°C ниже комнатной температуры, прекратите добавлять лед. Когда растает последний кусочек льда, запишите самую низкую температуру, которой достигает вода. Эта температура является конечной температурой теплой воды и ледяной воды.

5. Взвесьте калориметр и его содержимое и определите массу добавленного льда.

6. Рассчитайте теплоту плавления и найдите процент отклонения от принятого значения 79,72 кал/г.

ВОПРОСОВ:

1. Сколько калорий требуется, чтобы нагреть 10 граммов воды на 20°С?

2. Какое изменение температуры вызвало бы указанное выше количество энергии в 10 граммах свинца?

3. Как изменились бы результаты по теплоте плавления воды, если бы лед не сушили перед помещением в калориметр? Сделало бы это измеренную теплоту плавления больше или меньше?

Удельная теплоемкость (кал/г °C)

Lead	. 031
Copper	.092
Aluminum	.217
Iron	.11
Silver	.056

Latent Heat Fusion Formula

• Прочитать
• Обсудить
• Практика
• Видео
• Курсы

Улучшить статью

Сохранить статью

Скрытая теплота плавления определяется как количество теплоты, полученное твердым телом для превращения его в жидкость без дополнительной температуры. Его можно интерпретировать как фазовый переход между твердой и жидкой фазами. В этом контексте под теплом понимается передача тепловой энергии между объектами. В результате скрытая теплота плавления включает в себя процесс подвода тепла для плавления твердого тела. Его формула дается путем расчета общего количества тепла, поглощаемого телом. Он обозначается символом Q. Его единицей измерения являются калории (Cal), а размерная формула определяется как [M ⁰ L ² T ⁻² ].

Формула

Q = ML + MCΔT

, где,

Q — скрытая теплота слияния,

M — масса тела,

L — это специфическое Latent Heat of Fusion,

.

c – удельная теплоемкость тела,

Δt – изменение температуры при поглощении тепла.

Примеры задач

Задача 1. Вычислить скрытую теплоту плавления тела массой 40 г при 20°С, если оно поглощает теплоту при 80°С. Принято, что удельная скрытая теплота пара равна 540 кал/г, а удельная теплоемкость тела 0,5 кал/г °С.

Решение:

,

M = 40

ΔT = 80 — 20 = 60

L = 540

C = 0,5

Используя формулу, которую мы получаем,

Q = Ml. + mcΔt

= (40 × 540) + (40 × 0,5 × 60)

= 21600 + 1200

= 22800 кал

40°C, если он поглощает тепло при 100°C. Принято, что удельная скрытая теплота пара равна 540 кал/г, а удельная теплоемкость тела 0,1 кал/г °С.

Решение:

,

M = 20

ΔT = 100 — 40 = 60

L = 540

C = 0,1

Используя формулу, которую мы получаем,

Q = Ml. + mcΔt

= (20 × 540) + (20 × 0,1 × 60)

= 10800 + 120

= 10920 кал

лед. Принято, что удельная скрытая теплоемкость льда составляет 80 кал/г.

Решение:

Мы имеем,

M = 7

L = 80

Используя формулу, которую мы получаем,

Q = ML

= 7 (80)

= 560 CAL

9333333333 = 7 (80)

= 560.

Задача 4. Вычислить скрытую теплоту плавления 60 г пара, превращающегося в воду. Принято, что удельная скрытая теплота воды составляет 533 кал/г.

Решение:

Имеем,

м = 60

L = 533

Используя формулу, получаем:

Q = мл

= 60 (533)

= 31980 кал

теплота льда 80 кал/г, а скрытая теплота плавления 200 кал.