Чи замислювалися ви над тим, чому грудочка снігу в руці тане? Чому утворюються крижані бурульки і коли вони утворюються — у відлигу чи, навпаки, в мороз? Як охолодити трохи снігу без морозильної камери? Чому шматочок свинцю можна розплавити в сталевій ложці, а от шматочок сталі у свинцевій ложці — не можна? Вивчивши даний матеріал, ви зможете відповісти на ці запитання.
Якщо трохи снігу занести до теплої кімнати, через деякий час сніг розтане, або, як кажуть фізики, розплавиться.
Плавлення — це процес переходу речовини з твердого стану в рідкий.
Досліди показують:
Інтерактивна симуляція "Фізика в школі" (Агрегатний стан)
Температура плавлення — це температура, за якої тверда кристалічна речовина плавиться, тобто переходить у рідкий стан.
Отже, тверда речовина в разі досягнення певної температури перетворюється на рідину. Так само за певних умов тверднуть (кристалізуються) рідини. Наприклад, якщо винести воду на мороз або поставити посудину з водою в морозильну камеру, то вода з часом закристалізується, перетворившись на лід.
Кристалізація — це процес переходу речовини з рідкого стану у твердий кристалічний.
Тверді тіла різняться кольором, формою тощо, вони складаються з різних речовин. Разом із тим вони мають спільні фізичні властивості, притаманні всім твердим тілам.
Вимірюючи температуру речовин під час їх охолодження та подальшої кристалізації, доходимо таких висновків:
Температури плавлення (кристалізації) різних речовин досить сильно різняться. Так, температура плавлення спирту становить -115 °С, льоду — 0 °С; сталь плавиться за температури 1400 °С, свинець — за температури 327 °С, а щоб розплавити вольфрам, його слід нагріти до величезної температури 3387 °С.
Температура плавлення (кристалізації) — це характеристика речовини, тому її визначають експериментально й заносять у таблиці.
У таких таблицях немає аморфних речовин, адже вони, як ви вже знаєте, не мають певної температури плавлення: нагріваючись, аморфні речовини поступово м’якшають, а в ході охолодження поступово твердішають. Надалі, вивчаючи процеси плавлення та кристалізації, ми розглядатимемо тільки кристалічні речовини.
Графік матиме таку симетричність, якщо кількість теплоти, яку щохвилини отримує лід, а потім вода під час роботи нагрівника, дорівнюватиме кількості теплоти, яку щохвилини віддає та сама речовина під час роботи холодильника
Питома теплота плавлення — фізична величина, що характеризує певну речовину й дорівнює кількості теплоти, яку необхідно передати твердій кристалічній речовині масою 1 кг, щоб за температури плавлення повністю перетворити її на рідину.
Питому теплоту плавлення позначають символом λ («лямбда») і обчислюють за формулою:
де Q — кількість теплоти, необхідна для плавлення речовини масою m.
Із формули для визначення питомої теплоти плавлення дістанемо її одиницю в СІ — джоуль на кілограм:
Питома теплота плавлення показує, на скільки за температури плавлення внутрішня енергія 1 кг речовини в рідкому стані більша, ніж внутрішня енергія 1 кг цієї речовини у твердому стані.
Так, питома теплота плавлення льоду дорівнює 332 кілоджоулям (λ = 332 кДж/кг). Це означає: щоб розплавити 1 кг льоду, що перебуває за температури плавлення (0 °С), слід передати йому 332 кілоджоулі теплоти. Та сама кількість теплоти (332 кДж) виділіться й під час кристалізації 1 кг води. Тобто за температури 0 °С внутрішня енергія 1 кг води більша за внутрішню енергію 1 кг льоду на 332 кДж.
Питому теплоту плавлення речовин визначають дослідним шляхом і фіксують у таблицях.
Щоб обчислити кількість теплоти, необхідну для плавлення кристалічної речовини, узятої за температури плавлення, потрібно питому теплоту плавлення цієї речовини помножити на її масу:
де Q — кількість теплоти, яку поглинає тверда кристалічна речовина; λ — питома теплота плавлення; m — маса речовини.
Зрозуміло, що кількість теплоти, яка виділяється під час кристалізації, розраховують за тією самою формулою.
* Розв'язування задачі на цій сторінці передбачає використання мультимедійної дошки. В підручнику розв'язування задачі на сторінці 58.
Задача. Яку кількість теплоти потрібно передати свинцю масою 5 кг, взятому за температури 27 °С, щоб його розплавити?
Аналіз фізичної проблеми. Щоб розплавити свинець, його спочатку слід нагріти до температури плавлення. Знайдемо в табл. 2 Додатка температуру t2 плавлення свинцю та побудуємо схематичний графік процесу. Загальна кількість теплоти Q дорівнюватиме сумі кількості теплоти Q1 необхідної для нагрівання свинцю до температури плавлення, та кількості теплоти Q2, необхідної для плавлення. Питому теплоємність c і питому теплоту плавлення λ свинцю знайдемо відповідно в табл. 1 і 3 Додатка.
