Конспект уроку: Питома теплота плавлення. Розв’язування задач: Плавлення і кристалізація. Питома теплота плавлення

Питома теплота плавлення

Щоб розплавити речовину, їй потрібно надати деяку кількість теплоти. З практики відомо, щоб розплавити крижану бурульку, її достатньо потримати певний час в долоні. Воскову свічку таким чином розплавити не вдасться - в руці віск м'якшає, але не перетворюється у рідину. Для цього його потрібно нагріти сірником або запальничкою. Олово можна розплавити розігрітим паяльником.

Тобто, для плавлення речовини їй потрібно надати певну енергію. Отримана тілом під час плавлення енергія частково витрачається на збільшення потенціальної енергії взаємодії його молекул, а частково - на виконання роботи проти сил зовнішнього тиску при розширенні речовини. Для плавлення тіл різної маси, що складаються з однакової речовини, потрібно різну кількість теплоти: з метою плавлення тіла більшої маси потрібно надати йому більше теплоти. Для перетворення різних речовин у рідини теж потрібна різна кількість енергії. Енергетичні витрати, пов'язані з плавленням речовини, характеризують фізичною величиною, яка отримала назву питомої теплоти плавлення речовини.

Питома теплота плавлення - фізична величина, яка дорівнює кількості теплоти, котру потрібно надати 1 кг речовини для того, щоб перетворити її із твердого стану у рідкий за температури плавлення.

Питому теплоту плавлення позначають літерою L і вимірюють в джоулях на кілограм (Дж/кг).

Якщо, наприклад, питома теплота плавлення олова дорівнює 58 кДж, то це значить, що для плавлення 1 кг олова, взятого при температурі 232 ° С {температура плавлення), потрібно надати йому

58 103 Дж теплоти.

Під час тверднення (кристалізації) речовини виділяється така ж сама кількість теплоти, котра була надана їй під час плавлення.

Кількість теплоти Q, яка необхідна для плавлення речовини, взятої при температурі її плавлення, так само, як й кількість теплоти, котра виділяється під час кристалізації речовини, рівна добутку питомої теплоти плавлення речовини L та її маси m:

Q = L m

Теплота плавлення (кристалізації) чисельно дорівнює зміні внутрішньої енергії речовини внаслідок її плавлення (кристалізації) при незмінній температурі плавлення чи тверднення цієї речовини.

Розв’язування задач із урахуванням процесів плавлення й кристалізації

Під час плавлення чи кристалізації тіло отримує або віддає енергію (теплоту) внаслідок теплообміну з іншими тілами. Досить часто виникає потреба визначати величини, які характеризують теплообмінні процеси тіл, які плавляться або кристалізуються, наприклад, - кількість теплоти, котру необхідно надати тілу за даної температури, щоб розплавити його; кількість теплоти, котра виділиться при кристалізації деякої маси речовини і т.д.

Для визначення цих характеристик складають і розв’язують рівняння, які містять шукані величини. При цьому варто дотримуватися таких правил:

1)Тіло починає плавитися (тверднути), коли досягає температури плавлення (кристалізації).

2)Тіло плавиться, якщо воно отримує теплоту, і твердне, якщо втрачає її. Температура тіла при цьому не змінюється.

3) Кількість теплоти, котра необхідна для плавлення тіла, дорівнює кількості теплоти, яка виділяється під час його кристалізації.

Розв’язуючи задачі з урахуванням процесів плавлення й кристалізації, спочатку складають рівняння теплового балансу, як загального виразу закону збереження енергії у теплових процесах, з урахуванням вищевказаних правил.

Проводячи розрахунки теплообмінних процесів, пов’язаних з плавленням або кристалізацією, доцільно дотримуватись такої послідовності дій:

- виявити, які тіла перебувають у теплообміні;

- встановити, яка температура цих тіл;

- виявити, які теплові процеси (плавлення чи кристалізації) відбуваються;

- записати формулу кількості теплоти для кожного з тіл;

- скласти рівняння теплового балансу. В його лівій частині записати суму кількості теплоти, що її отримували тіла, перебуваючи у теплообміні; в правій частині - суму кількості теплоти, яку віддали тіла у результаті теплообміну;

- розв’язати рівняння відносно шуканої величини.

Розв’язування задач

Приклад № 1

Скільки сухих дров довелося б спалити, щоб розплавити 500 кг міді,нагрітої до температури плавлення? Питома теплота згоряння сухих дров 12000 кДж/кг, питома теплота плавлення міді 213 кДж/кг.

Приклад № 2.

Склянка об’ємом 250 мл, заповнена водою за температури 0 °С. її продовжують охолоджувати і вода перетворюється у лід. До якої температури можна було би нагріти воду в склянці за рахунок кількості теплоти, яка виділиться при перетворенні всієї води в лід? Питома теплота плавлення льоду 332 кДж/кг питома теплоємність води 4200 Дж/кг С.

Приклад № 3.

Яку саме кількість теплоти необхідно витрати, щоб розплавити шматок свинцю масою 100 г, взятий при температурі 17 °С? Питома теплоємність свинцю 140 Дж/кг С, температура плавлення 327 °С, питома теплота плавлення 24 кДж/кг.

Задачі з фізики з теми: Плавлення й кристалізація. Питома теплота плавлення

Початковий рівень

Задача № 1.

Яку потрібно кількість теплоти витратити, аби розплавити 1 т міді, взятої при температурі плавлення ? Питома теплота плавлення мідію 393 кДж/кг.

Задача № 2.

Яка саме кількість теплоти виділяється під час утворення 10 кг льоду? Питома теплота плавлення льоду 332 кДж/кг.

Задача 3.

Скільки алюмінію, взятого при температурі плавлення можна розплавити, витративши 1 МДж теплоти? Питома теплота плавлення алюмінію 393 кДж/кг.

Середній рівень

Задача № 1.

Яку масу нафти потрібно спалити, щоб розплавити 10 т заліза, нагрітого до температури плавлення, за умови, що вся енергія палива пішла на плавлення заліза? Питома теплота згоряння нафти 45 МДж/кг, питома теплота плавлення заліза 270 кДж/кг.

Задача № 2.

Скільки вольфраму, взятого за температури плавлення, можна розплавити, якщо повністю спалити 0,5 т кам'яного вугілля? Питома теплота згоряння кам'яного вугілля 25 МДж/кг, питома теплота плавлення вольфраму 185 кДж/кг. Вважати, що уся кількість теплоти, яка виділяється під час повного згоряння кам'яного вугілля йде на плавлення вольфраму.

Задача 3.

Який об’єм гасу потрібно повністю спалити, щоб розплавити 750 кг сплаву, який складається з двох частин міді та однієї частини олова. Вважати, що вся енергія палива йде на плавлення сплаву. Густина гасу ρ- 300 кг/м3, його питома теплота згоряння 43 МДж/кг, питома теплота плавлення міді 213 кДж/кг, питома теплота плавлення олова 58 кДж/кг.

Достатній рівень

Задача № 1.

Яка кількість теплоти виділиться під час тверднення 10 кг заліза, нагрітого до температури 1900 °С? Температура плавлення (тверднення) заліза 1535 °С, питома теплота плавлення 270 кДж/кг, питома теплоємність заліза 45 Дж/кг.

Задача № 2.

Для ремонту радіаторів автомобілів використовують масивні мідні паяльники, котрі розігрівають на відкритому вогні. Скільки олова, взятого за температури 20 С, можна розплавити таким паяльником, маса якого 300 г, якщо його температура 732 °С? Температура плавлення олова 232 °С, питома теплота плавлення олова

53 кДж/кг, питома теплоємність олова 230 Дж/кг С, питома теплоємність міді 380 Дж/кг С.

Задача № 3.

В склянку масою 100 г, яка містить 250 г води за температури 50 С, поклали 10 г льоду, температура якого - 10 С. Знайти температуру води після танення льоду.

Питома теплоємність води 4200 Дж/кг С, скла 840 Дж/кг С, льоду 2100 Дж/кг С. Питома теплота плавлення льоду 332 кДж/кг.