Удельная теплота плавления воды таблица. Удельная теплота плавления разных веществ. Удельная теплота плавления для разных веществ

1 слайд

Составитель: Гринякин Станислав Александрович Руководитель: Талалай Ольга Георгиевна, учитель физики Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №6 с углубленным изучением отдельных предметов» г. Надыма, Тюменская область, Ямало-Ненецкий автономный округ,

2 слайд

Формула Название величин, входящих в формулу КИНЕМАТИКА Равномерное движение: υ=S/t S=υt x=x0S x=x+tυ S – путь t – время х – координата конечная х0 – начальная координата υ – скорость a – ускорение g – ускорение свободного падения Равноускоренное движение: a= υ-υ0/t υ=υ0±at S=υt±at2/2 S=υ2 – υ20/±2a х=х0+υ0t+at2/2 Движение по окружности: υ=2П R/T aац=υ2/R υ=Rω T=t/N ν =N\t ν - частота вращения R – радиус T – период aац t – время N – число оборотов υ ω – угловая скорость

3 слайд

ДИНАМИКА Законы Ньютона: F=ma (II зaкон Ньютона) F1=-F2 (III закон Ньютона) I з.Н. если ∑F = 0, υ = const II з.Н. ∑F = ma III з.Н. F1= - F2 Закон всемирного тяготения: m1 m2 r F=Gm1m2/r2 G – гравитационная постоянная m1 , m2 – массы тел r – расстояние Закон Гука: Fупр= -kx x – удлинение k – жесткость ПЕРВАЯ КОСМИЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ υ = √gR R – радиус вращения, g – ускорение свободного падения Импульс: P=mυ Закон сохранения импульса m1υ1+m2υ2=m1U1+m2U2 P – импульс m – масса υ – скорость m1,m2 – массы υ1 – скорость 1-ого тела до взаимодействия υ2 – скорость 2-ого тела до взаимодействия U1 – скорость 1-ого тела после взаимодействия U2 – скорость 2-ого тела после взаимодействия

4 слайд

РАБОТА И ЭНЕРГИЯ A=FScosα F – сила S – перемещение Угол α – угол между F и S P=A/t P=Fυ P – мощность F – сила υ – скорость КПД=(А полезн./А затрач.)100% Eк = mυ2/2 – кинетическая энергия Eп = mgh – потенциальная энергия Eп = kx2/2 – потенциальная энергия Закон сохранения энергии: Eк1 + Eп1 = Eк2 + Eп2 mυ21/2+mgh1 = mυ22/2+mgh2 mυ21/2+kx21/2 = mυ22/2+kx22/2

5 слайд

Давление(P): p=F/S p=рgh Fa=ржgVпчт Р ж- плотность жидкость S – площадь поверхности F – сила Vпчт – объем погруженной части тела Колебания и волны: T=t/N T=2π√ ℓ/g ω=2πν =υ/ν T=2π √m/k λ = υT = υ/ν ℓ - длина нити T - период Ν – число колебаний m - масса k - жесткость пружины ν - частота МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА ν = m/μ = N/Na n = N/V μ = m0Na m = m0N p = ⅓m0nυ2 p = ⅔nE p = nkT p = ⅓рυ2 E = (3/2)kT T = t⁰ + 273 pV = (m/μ)RT p1V1/T1 = p2V2/T2 μ - молярная масса вещества m – масса вещества Na – постоянная Авогадро N - число молекул T – температура в Кельвинах t – температура в Цельсиях V – объем вещества p – давление R – универсальная газовая постоянная n – концентрация вещества υ – среднеквадратичная скорость k – постоянная Больцмана ν – количество вещества E – кинетическая энергия m0 - масса одной молекулы

6 слайд

ТЕРМОДИНАМИКА Q = ∆U + A| ∆U = A + Q Q – кол-во теплоты сообщаемое системе ∆U – изменение внутренней энергии А – работа внешних сил А| - работа газа U=(i/2)(m/μ)RT=(i/2)pV U – внутренняя энергия A=p∆V=(m/μ)R∆T ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ η=Ап/Qн η=(Qн - Qx)/Qн η=(Tн - Tx)/Tн Ап – полезная работа Qн – количество теплоты, полученное от нагревателя Qx - количество теплоты, полученное от холодильника Tн – температура нагревателя Tx – температура холодильника ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ Qнагр = cm(t2 – t1) Qпл = λm Qпар = Lm Qсгор = qm с – удельная теплоемкость вещества λ – удельная теплота плавления L – удельная теплота парообразования q – удельная теплота сгорания ЭЛЕКТРОСТАТИКА F = (k|q1||q2|)/ E r2 E = F/qпр E=(k|q|)/r2 k – коэффициент пропорциональности q1, q2 – заряды тел r – расстояние между телами E - диэлектрическая проницаемость среды

7 слайд

ПОСТОЯННЫЙ ТОК I=U/R I= E /R+r R=рℓ/S A=IUt P=UI Q=I2Rt I - сила тока U – напряжение R – сопротивление A – работа тока P – мощность тока Q – количество теплоты t – время E – ЭДС ℓ - длина проводника р - удельное сопротивление S – площадь сечения ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ ǿ ǿ R0 = R1+R2+… U0 = U1+U2+… I0=I1=I2=… 1. U0=U1=U2 ǿ ǿ 2. 1/R0=1/R1+1/R2+… 3. I0=I1+I2+… СИЛА ЛОРЕНЦА, АМПЕРА Fл=qBℓsinα Fа=υBSIsinα В – магнитная индукция q – электрический заряд ℓ - длина проводника υ – скорость частицы I - сила тока

8 слайд

Сила Определение. Направление. Формула Рисунок 1.Сила тяжести -это сила, с которой Земля притягивает к себе тело. Направлена вниз к центру Земли. Fтяж = mg где: m – масса тела g – ускорение свободного падения mg mg 2.Сила упругости -это сила, возникающая в результате деформации. Направлена противоположно деформации. Fупр=-kx где: k–коэффициент жесткости x - удлинение Fупр Fупр 3.Сила трения -это сила, возникающая в результате движения одного тела по поверхности другого. Направлена в сторону, противоположную движению. Fтр=μN где: μ– коэффициент трения N – сила нормального давления V Fтр 4.Вес тела -это сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес. Направлен вниз, т.к. возникает в следствии притяжения Земли. P=mg(если тело покоится или движется равномерно и прямолинейно) P=m(g+a) a P=m(g-a) a P P

Мы видели, что сосуд со льдом и водой, внесенный в теплую комнату, не нагревается до тех пор, пока весь лед не растает. При этом из льда при получается вода при той же температуре. В это время к смеси лед - вода притекает теплота и, следовательно, внутренняя энергия этой смеси увеличивается. Отсюда мы должны сделать вывод, что внутренняя энергия воды при больше, чем внутренняя энергия льда при той же температуре. Так как кинетическая энергия молекул, воды и льда при одна и та же, то приращение внутренней энергии при плавлении является приращением потенциальной энергии молекул.

Опыт обнаруживает, что сказанное справедливо для всех кристаллов. При плавлении кристалла необходимо непрерывно увеличивать внутреннюю энергию системы, причем температура кристалла и расплава остается неизменной. Обычно увеличение внутренней энергии происходит при передаче кристаллу некоторого количества теплоты. Той же цели можно достигнуть и путем совершения работы, например трением. Итак, внутренняя энергия расплава всегда больше, чем внутренняя энергия такой же массы кристаллов при той же температуре. Это означает, что упорядоченное расположение частиц (в кристаллическом состоянии) соответствует меньшей энергии, чем неупорядоченное (в расплаве).

Количество теплоты, необходимое для перехода единицы массы кристалла в расплав той же температуры, называют удельной теплотой плавления кристалла. Она выражается в джоулях на килограмм .

При затвердевании вещества теплота плавления выделяется и передается окружающим телам.

Определение удельной теплоты плавления тугоплавких тел (тел с высокой температурой плавления) представляет нелегкую задачу. Удельная теплота плавления такого легкоплавкого кристалла, как лед, может быть определена при помощи калориметра. Налив в калориметр, некоторое количество воды определенной температуры и бросив в нее известную массу льда, уже начавшего таять, т. е. имеющего температуру , выждем, пока весь лед не растает и температура воды в калориметре примет неизменяющееся значение. Пользуясь законом сохранения энергии, составим уравнение теплового баланса (§ 209), позволяющее определить удельную теплоту плавления льда.

Пусть масса воды (включая водяной эквивалент калориметра) равна масса льда - , удельная теплоемкость воды - , начальная температура воды - , конечная - , удельная теплота плавления льда - . Уравнение теплового баланса имеет вид

.

В табл. 16 приведены значения удельной теплоты плавления некоторых веществ. Обращает на себя внимание большая теплота плавления льда. Это обстоятельство очень важно, так как оно замедляет таяние льда в природе. Будь удельная теплота плавления значительно меньше, весенние паводки были бы во много раз сильнее. Зная удельную теплоту плавления, мы можем рассчитать, какое количество теплоты необходимо для расплавления какого-либо тела. Если тело уже нагрето до точки плавления, то надо затратить теплоту только на плавление его. Если же оно имеет температуру ниже точки плавления, то надо еще потратить теплоту на нагревание.

Таблица 16.

Температура плавления химически чистого железа составляет 1539 о С. Технически чистое железо, полученное в результате окислительного рафинирования, содержит некоторое количество растворенного в металле кислорода. По этой причине температура его плавления понижается до 1530 о С.

Температура плавления стали всегда ниже температуры плавления железа в связи с наличием в ней примесей. Растворенные в железе металлы (Mn, Cr, Ni. Co, Mo, V и др.) понижают температуру плавления металла на 1 – 3 о С на 1% введенного элемента, а элементы из группы металлоидов (C, O, S, P и др.) на 30 – 80 о С.

На протяжении большей части общей продолжительности плавки температура плавления металла изменяется главным образом в результате изменения содержания углерода. При концентрации углерода 0,1 – 1,2%, которая характерна для доводки плавки в сталеплавильных агрегатах, температуру плавления металла с достаточной для практических целей точностью можно оценить из уравнения

Теплота плавления железа составляет 15200 Дж/моль или 271,7 кДж/кг.

Температура кипения железа в изданиях последних лет приводится равной 2735 о С. Однако, опубликованы результаты исследований, согласно которым температура кипения железа значительно выше (до 3230 о С).

Теплота испарения железа составляет 352,5 кДж/моль или 6300 кДж/кг.

Давление насыщенного пара железа (P Fe , Па) можно оценить при помощи уравнения

где Т – температура металла, К.

Результаты расчета давления насыщенного пара железа при различных температурах, а также содержания пыли в окислительной газовой фазе над металлом (X , г/м 3) представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Давление насыщенного пара железа и запыленность газов при разных температурах

Согласно существующим санитарным нормам содержание пыли в газах, которые выбрасываются в атмосферу, не должно превышать 0,1 г/м 3 . Из данных таблицы 1.1 видно, что при 1600 о С запыленность газов над открытой поверхностью металла выше допустимых значений. Поэтому обязательно требуется очистка газов от пыли, состоящей в основном из оксидов железа.

Динамическая вязкость . Коэффициент динамической вязкости жидкости () определяется из соотношения

где F – сила взаимодействия двух движущихся слоев, Н;

S – площадь соприкосновения слоев, м 2 ;

– градиент скорости слоев жидкости по нормали к направлению потока, с -1 .

Динамическая вязкость сплавов железа обычно изменяется в пределах 0,001 – 0,005 Па с. Ее величина зависит от температуры и содержания примесей, главным образом углерода. При перегреве металла над температурой плавления выше 25 – 30 о С влияние температуры не существенно.

Кинематическая вязкость жидкости представляет собой скорость передачи импульса в потоке единичной массы. Ее величина определяется из уравнения

где – плотность жидкости, кг/м 3 .

Величина динамической вязкости жидкого железа близка к 6 10 -7 м 2 /с.

Плотность железа при 1550 – 1650 о С равна 6700 – 6800 кг/м 3 . При температуре кристаллизации плотность жидкого металла близка к 6850 кг/м 3 . Плотность твердого железа при температуре кристаллизации равна 7450 кг/м 3 , при комнатной температуре – 7800 кг/м 3 .

Из обычных примесей наибольшее влияние на плотность расплавов железа оказывают углерод и кремний, понижая ее. Поэтому обычного состава жидкий чугун имеет плотность 6200 – 6400 кг/м 3 , твердый при комнатной температуре – 7000 – 7200 кг/м 3 .

Плотность жидкой и твердой стали занимает промежуточное положение между плотностями железа и чугуна и составляет соответственно 6500 – 6600 и 7500 – 7600 кг/м 3 .

Удельная теплоемкость жидкого металла практически не зависит от температуры. В оценочных расчетах величину ее можно принимать равной 0,88 кДж/(кг К) для чугуна и 0,84 кДж/(кг К) для стали.

Поверхностное натяжение железа имеет максимальное значение при температуре около 1550 о С. В области более высоких и низких температур величина его уменьшается. Это отличает железо от большинства металлов, для которых характерно понижение поверхностного натяжения при повышении температуры.

Поверхностное натяжение жидких сплавов железа существенно меняется в зависимости от химического состава и температуры. Обычно оно изменяется в пределах 1000 – 1800 мДж/м 2 (рисунок 1.1).

При плавлении происходит разрушение пространственной решетки кристаллического тела. На этот процесс расходуется определенное количество энергии от какого-нибудь внешнего источника. В результате внутренняя энергия тела в процессе плавления увеличивается.

Количество теплоты, необходимое для перехода тела из твердого состояния в жидкое при температуре плавления, называется теплотой плавления.

В процессе отвердевания тела, наоборот, внутренняя энергия тела уменьшается. Тело отдает теплоту окружающим телам. Согласно закону сохранения энергии количество теплоты, поглощенное телом при плавлении (при температуре плавления), равно количеству теплоты, отданному этим телом при отвердевании (при температуре отвердевания).

Удельная теплота плавления

Теплота плавления зависит от массы плавящегося вещества и его свойств. Зависимость теплоты плавления от рода вещества характеризуют удельной теплотой плавления этого вещества.

Удельной теплотой плавления вещества называется отношение теплоты плавления тела из этого вещества к массе тела.

Обозначим теплоту плавления через Q пл , массу тела буквой т и удельную теплоту плавления буквой λ. Тогда

Таким образом, чтобы расплавить кристаллическое тело массой m , взятое при температуре плавления, необходимо количество теплоты, равное

(8.8.2)

Теплота кристаллизации

Согласно закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое при кристаллизации тела (при температуре кристаллизации), равно

(8.8.3)

Из формулы (8.8.1) следует, что удельная теплота плавления в СИ выражается в джоулях на килограмм.

Довольно велика удельная теплота плавления льда 333,7 кДж/кг. Удельная теплота плавления свинца всего лишь 23 кДж/кг, а золота - 65,7 кДж/кг.

Формулы (8.8.2) и (8.8.3) используются при решении задач на составление уравнений теплового баланса в тех случаях, когда мы имеем дело с плавлением и отвердеванием кристаллических тел.

Роль теплоты плавления льда и кристаллизации воды в природе

Поглощение теплоты при таянии льда и выделение ее при замерзании воды оказывают значительное влияние на изменение температуры воздуха, особенно вблизи водоемов. Все вы, вероятно, замечали, что во время обильных снегопадов обычно наступает потепление.

Очень важно большое значение удельной теплоты плавления льда. Еще в конце XVIII в. шотландский ученый Д. Блэк (1728-1799), открывший существование теплоты плавления и кристаллизации, писал: «Если бы лед не обладал значительной теплотой плавления, то тогда весной вся масса льда должна была бы растаять в несколько минут или секунд, так как теплота из воздуха непрерывно передается льду. Но тогда последствия этого были бы ужасны: ведь и при существующем положении возникают большие наводнения и сильные потоки воды при таянии больших масс льда и снега».

Сопло космической ракеты

Приведем интересный технический пример практического использования теплоты плавления и парообразования. При изготовлении сопла для космической ракеты следует учитывать, что струя газов, выходящая из сопла ракеты, имеет температуру около 4000 °С. В природе практически отсутствуют материалы, которые в чистом виде могли бы выдержать такую температуру. Поэтому приходится прибегать ко всякого рода ухищрениям, чтобы охладить материал сопла во время горения топлива.

Сопло изготавливают методом порошковой металлургии. В полость формы закладывается порошок тугоплавкого металла (вольфрам). Затем его подвергают сдавливанию. Порошок спекается, получается пористая структура типа пемзы. Затем эта «пемза» пропитывается медью (ее температура плавления всего 1083 °С).

Полученный материал называется псевдосплавом. На рисунке 8.31 показана фотография микроструктуры псевдосплава. На белом фоне вольфрамового каркаса видны медные включения неправильной формы. Этот сплав может, как это ни невероятно, кратковременно работать даже при температуре газов, образующихся при сгорании топлива, т. е. выше 4000°С.

Происходит это следующим образом. Вначале температура сплава растет, пока не достигнет температуры плавления меди t 1 (рис. 8.32). После этого температура сопла не будет меняться, пока вся медь не расплавится (промежуток времени от τ 1 до τ 2 ). В дальнейшем температура опять возрастает до тех пор, пока медь не закипит. Это происходит при температуре t 2 = 2595 °С, меньшей температуры плавления вольфрама (3380 °С). Пока вся медь не выкипит, температура сопла опять меняться не будет, так как испаряющаяся медь забирает теплоту от вольфрама (промежуток времени от τ 3 до τ 4 ). Конечно, сколько угодно долго сопло работать не будет. После испарения меди вольфрам опять начнет нагреваться. Однако двигатель ракеты работает всего лишь несколько минут, а за это время сопло не успеет перегреться и расплавиться.