لامبدای یخ چیست؟ مقدار گرما

در این درس مفهوم "گرمای خاص همجوشی" را مطالعه خواهیم کرد. این مقدار مقدار گرمایی را مشخص می کند که باید به 1 کیلوگرم از یک ماده در نقطه ذوب آن منتقل شود تا از حالت جامد به مایع (یا برعکس) منتقل شود.

ما فرمول را برای یافتن مقدار گرمایی که برای ذوب شدن (یا در طی تبلور آزاد می شود) یک ماده لازم است، مطالعه خواهیم کرد.

موضوع: حالات مجموع ماده

درس: گرمای ویژه ذوب

این درس به ویژگی اصلی ذوب (کریستالیزاسیون) یک ماده - گرمای خاص همجوشی اختصاص دارد.

در آخرین درس به این سؤال پرداختیم: انرژی داخلی بدن در طول ذوب چگونه تغییر می کند؟

ما متوجه شدیم که وقتی گرما اضافه می شود، انرژی داخلی بدن افزایش می یابد. در عین حال، می دانیم که انرژی درونی یک جسم را می توان با مفهومی مانند دما مشخص کرد. همانطور که می دانیم، دما در طول ذوب تغییر نمی کند. بنابراین، ممکن است این ظن ایجاد شود که ما با یک پارادوکس روبرو هستیم: انرژی داخلی افزایش می یابد، اما دما تغییر نمی کند.

توضیح این واقعیت بسیار ساده است: تمام انرژی صرف از بین بردن شبکه کریستالی می شود. فرآیند معکوس نیز مشابه است: در طول تبلور، مولکول های یک ماده در یک سیستم واحد ترکیب می شوند، در حالی که انرژی اضافی خارج شده و توسط محیط خارجی جذب می شود.

در نتیجه آزمایش‌های مختلف، این امکان وجود داشت که ثابت شود یک ماده برای تبدیل آن از حالت جامد به مایع به مقادیر متفاوتی گرما نیاز دارد.

سپس تصمیم گرفته شد که این مقادیر گرما را با همان جرم ماده مقایسه کنیم. این منجر به ظهور ویژگی هایی مانند گرمای خاص همجوشی شد.

تعریف

گرمای ویژه همجوشی- مقدار حرارتی که باید به 1 کیلوگرم ماده گرم شده تا نقطه ذوب داده شود تا از حالت جامد به مایع منتقل شود.

همین مقدار در هنگام تبلور 1 کیلوگرم ماده آزاد می شود.

با گرمای خاص همجوشی نشان داده می شود (حرف یونانی که به عنوان "لامبدا" یا "لامبدا" خوانده می شود).

واحدها: . در این حالت دما در بعد وجود ندارد زیرا در هنگام ذوب (بلور شدن) دما تغییر نمی کند.

برای محاسبه مقدار حرارت مورد نیاز برای ذوب یک ماده، از فرمول استفاده می شود:

مقدار گرما (J)؛

گرمای ویژه همجوشی (، که در جدول جستجو شده است.

جرم ماده.

هنگامی که یک بدن متبلور می شود، با علامت "-" نوشته می شود، زیرا گرما آزاد می شود.

یک مثال گرمای ویژه همجوشی یخ است:

. یا گرمای ویژه همجوشی آهن:

این واقعیت که گرمای ویژه همجوشی یخ بیشتر از گرمای ویژه همجوشی آهن است نباید تعجب آور باشد. مقدار گرمایی که یک ماده خاص برای ذوب شدن نیاز دارد به ویژگی های ماده، به ویژه به انرژی پیوند بین ذرات این ماده بستگی دارد.

در این درس به مفهوم گرمای ویژه همجوشی نگاه کردیم.

در درس بعدی یاد خواهیم گرفت که چگونه مسائل مربوط به گرم کردن و ذوب اجسام کریستالی را حل کنیم.

کتابشناسی - فهرست کتب

Gendenshtein L. E., Kaidalov A. B., Kozhevnikov V. B. Physics 8 / Ed. Orlova V. A., Roizena I. I. - M.: Mnemosyne.
Peryshkin A.V. Physics 8. - M.: Bustard, 2010.
Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Physics 8. - M.: آموزش و پرورش.

فیزیک، مکانیک، و غیره ().
فیزیک جالب ().
پورتال اینترنتی Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

مشق شب

نمودار (شکل 198) به وضوح نشان می دهد که در حالی که نفتالین ذوب می شود، دمای آن تغییر نمی کند. و تنها پس از ذوب کامل آن، دمای مایع حاصل شروع به افزایش می کند.اما حتی در طول فرآیند ذوب، نفتالین از سوخت سوخته شده در بخاری انرژی دریافت می کند. و از قانون بقای انرژی نتیجه می گیرد که نمی تواند ناپدید شود. انرژی سوخت در طی فرآیند ذوب صرف چه چیزی می شود؟

اگر به یاد داشته باشیم که در طول ذوب کریستال از بین می رود، می توان به این سوال پاسخ داد. اینجاست که انرژی صرف می شود.

در نتیجه، انرژی که بدن کریستالی پس از آن دریافت می کند چون قبلاً تا نقطه ذوب گرم شده است،صرف تغییر انرژی درونی آن در طول انتقال به حالت مایع می شود.

مقدار حرارت مورد نیاز برای تبدیل یک ماده کریستالی جامد با وزن 1 کیلوگرم به مایع در نقطه ذوب، گرمای ویژه همجوشی نامیده می شود.

گرمای خاص ذوب در J/kg اندازه گیری می شودو با حرف λ نشان داده می شوند.

گرمای ویژه همجوشی به صورت تجربی تعیین می شود. بنابراین، به طور تجربی ثابت شد که گرمای ویژه همجوشی یخ 3.4 10 5 J/kg است. این بدان معنی است که برای تبدیل یک تکه یخ به وزن 1 کیلوگرم، گرفته شده در دمای 0 درجه سانتیگراد، به آب با همان دما، 3.4 10 5 ژول مورد نیاز است.

بنابراین، در دمای ذوب، انرژی داخلی ماده ای به وزن 1 کیلوگرم در حالت مایع داخلی تر استانرژی همان جرم یک ماده در حالت جامد در هر گرمای خاص همجوشی.

به عنوان مثال، انرژی داخلی آب با وزن 1 کیلوگرم در دمای 0 درجه سانتیگراد 3.4 10 5 ژول است. انرژی داخلی بیشتر یخبا وزن یک کیلوگرم در همان دما.

مثال. گردشگر برای تهیه پوست درخت 2 کیلوگرم یخ با دمای 0 درجه سانتیگراد در گلدانی قرار می دهد. چقدر گرما برای تبدیل این امر ضروری استیخ در آب جوش 100 درجه سانتیگراد؟

اگر یک گردشگر به جای یخ، 2 کیلوگرم آب از یک سوراخ یخ در دمای 0 درجه سانتی گراد بردارد، چقدر گرما لازم است؟

اگر به جای یخ 2 کیلوگرم آب در دمای 0 درجه سانتیگراد گرفته شود، مقدار حرارت مورد نیاز فقط برای گرم کردن آن از 0 تا 100 درجه سانتیگراد لازم است، یعنی Q2 = 8.4 10 5 J.

سوالات. 1. چگونه می توانیم توضیح دهیم که در طول کل فرآیند ذوب یک جسم کریستالی دمای آن تغییر نمی کند؟ 2. انرژی سوخت سوخته شده در بخاری هنگام ذوب یک جسم کریستالی صرف چه چیزی می شود؟ 3. گرمای ویژه همجوشی چیست؟ 4. گرمای ویژه همجوشی در چه واحدهایی بیان می شود؟

تمریناتشکل 199 نمودارهایی از تغییرات دما نسبت به زمان برای دو جسم هم جرم را نشان می دهد. کدام جامد نقطه ذوب بالاتری دارد؟ کدام یک گرمای همجوشی بالاتر? آیا ظرفیت گرمایی ویژه اجسام یکسان است؟

موضوع: حالات مجموع ماده

درس: گرمای ویژه ذوب

این درس به ویژگی اصلی ذوب (کریستالیزاسیون) یک ماده - گرمای خاص همجوشی اختصاص دارد.

در آخرین درس به این سؤال پرداختیم: انرژی داخلی بدن در طول ذوب چگونه تغییر می کند؟

تعریف

همین مقدار در هنگام تبلور 1 کیلوگرم ماده آزاد می شود.

با گرمای خاص همجوشی نشان داده می شود (حرف یونانی که به عنوان "لامبدا" یا "لامبدا" خوانده می شود).

واحدها: . در این حالت دما در بعد وجود ندارد زیرا در هنگام ذوب (بلور شدن) دما تغییر نمی کند.

برای محاسبه مقدار حرارت مورد نیاز برای ذوب یک ماده، از فرمول استفاده می شود:

مقدار گرما (J)؛

گرمای ویژه همجوشی (، که در جدول جستجو شده است.

جرم ماده.

هنگامی که یک بدن متبلور می شود، با علامت "-" نوشته می شود، زیرا گرما آزاد می شود.

یک مثال گرمای ویژه همجوشی یخ است:

. یا گرمای ویژه همجوشی آهن:

در این درس به مفهوم گرمای ویژه همجوشی نگاه کردیم.

در درس بعدی یاد خواهیم گرفت که چگونه مسائل مربوط به گرم کردن و ذوب اجسام کریستالی را حل کنیم.

کتابشناسی - فهرست کتب

Gendenshtein L. E., Kaidalov A. B., Kozhevnikov V. B. Physics 8 / Ed. Orlova V. A., Roizena I. I. - M.: Mnemosyne.
Peryshkin A.V. Physics 8. - M.: Bustard, 2010.
Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Physics 8. - M.: آموزش و پرورش.

فیزیک، مکانیک، و غیره ().
فیزیک جالب ().
پورتال اینترنتی Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

مشق شب

در حین ذوب، شبکه فضایی جسم کریستالی از بین می رود. این فرآیند به مقدار معینی انرژی از منبع خارجی نیاز دارد. در نتیجه انرژی درونی بدن طی فرآیند ذوب افزایش می یابد.

مقدار حرارت مورد نیاز برای تبدیل جسم از جامد به مایع در نقطه ذوب، گرمای همجوشی نامیده می شود.

در فرآیند انجماد بدن، برعکس، انرژی درونی بدن کاهش می یابد. بدن گرما را به اجسام اطراف می دهد. طبق قانون بقای انرژی، مقدار گرمای جذب شده توسط جسم در حین ذوب (در دمای ذوب) برابر با مقدار گرمایی است که این جسم در هنگام انجماد (در دمای انجماد) می دهد.

گرمای ویژه همجوشی

گرمای همجوشی به جرم ماده ذوب و خواص آن بستگی دارد. وابستگی گرمای همجوشی به نوع ماده با گرمای خاص همجوشی این ماده مشخص می شود.

گرمای ویژه همجوشی یک ماده، نسبت گرمای همجوشی جسمی از این ماده به جرم بدن است.

اجازه دهید گرمای همجوشی را با نشان دهیم س pl , نامه وزن بدن تیو گرمای ویژه همجوشی با حرف λ . سپس

بنابراین، به منظور ذوب یک بدن کریستالی وزن متردر نقطه ذوب، مقدار حرارت مورد نیاز برابر است

(8.8.2)

گرمای تبلور

بر اساس قانون بقای انرژی، مقدار گرمای آزاد شده در هنگام تبلور یک جسم (در دمای تبلور) برابر است با

(8.8.3)

از فرمول (8.8.1) نتیجه می شود که گرمای ویژه همجوشی در SI بر حسب ژول بر کیلوگرم بیان می شود.

گرمای ویژه همجوشی یخ بسیار زیاد است: 333.7 کیلوژول بر کیلوگرم. گرمای ویژه همجوشی سرب تنها 23 کیلوژول بر کیلوگرم و گرمای طلا 7/65 کیلوژول بر کیلوگرم است.

از فرمول های (8.8.2) و (8.8.3) برای حل مسائل مربوط به ترسیم معادلات تعادل حرارتی در مواردی که با ذوب و انجماد اجسام کریستالی سروکار داریم استفاده می شود.

نقش گرمای ذوب یخ و تبلور آب در طبیعت

جذب گرما هنگام ذوب شدن یخ و آزاد شدن آن در هنگام یخ زدن آب تأثیر قابل توجهی بر تغییرات دمای هوا، به ویژه در نزدیکی توده های آبی دارد. احتمالاً همه شما متوجه شده اید که در هنگام بارش برف سنگین معمولاً هوا گرمتر می شود.

گرمای ویژه بالای همجوشی یخ بسیار مهم است. بازگشت به پایان قرن 18. دانشمند اسکاتلندی دی. بلک (1728-1799) که وجود گرمای ذوب و تبلور را کشف کرد، نوشت: "اگر یخ گرمای همجوشی قابل توجهی نداشت، در بهار کل توده یخ باید ذوب می شد. در چند دقیقه یا چند ثانیه، زیرا گرمای هوا به طور مداوم به یخ منتقل می شود. اما در آن صورت عواقب این امر وحشتناک خواهد بود: از این گذشته، حتی در شرایط فعلی، سیل‌های بزرگ و جریان‌های شدید آب هنگام ذوب توده‌های بزرگ یخ و برف به وجود می‌آیند.

نازل موشک فضایی

اجازه دهید یک مثال فنی جالب از استفاده عملی از گرمای همجوشی و تبخیر ارائه کنیم. هنگام ساخت نازل برای موشک فضایی باید در نظر داشت که جریان گازهای خارج شده از نازل موشک دمایی در حدود 4000 درجه سانتیگراد دارد. عملاً هیچ ماده ای در طبیعت وجود ندارد که به شکل خالص خود بتواند چنین دماهایی را تحمل کند. بنابراین، برای خنک کردن مواد نازل در هنگام احتراق سوخت، باید به انواع ترفندها متوسل شوید.

نازل توسط متالورژی پودر ساخته شده است. پودر فلز نسوز (تنگستن) در حفره قالب قرار می گیرد. سپس تحت فشار قرار می گیرد. پودر متخلخل می شود و در نتیجه ساختار متخلخلی مانند پوکه ایجاد می شود. سپس این "پوکه" با مس آغشته می شود (نقطه ذوب آن فقط 1083 درجه سانتیگراد است).

ماده به دست آمده شبه آلیاژ نامیده می شود. شکل 8.31 عکسی از ریزساختار یک شبه آلیاژ را نشان می دهد. آخال های مسی نامنظم در پس زمینه سفید قاب تنگستن قابل مشاهده است. این آلیاژ به طرز باورنکردنی می تواند برای مدت کوتاهی حتی در دمای گازهای تشکیل شده در حین احتراق سوخت، یعنی بالای 4000 درجه سانتیگراد، کار کند.

این اتفاق به شرح زیر است. در ابتدا دمای آلیاژ تا رسیدن به نقطه ذوب مس افزایش می یابد تی 1 (شکل 8.32). پس از این، دمای نازل تغییر نخواهد کرد تا زمانی که تمام مس ذوب شود (فاصله زمانی از τ 1 به τ 2 ). پس از آن، دما دوباره افزایش می یابد تا زمانی که مس بجوشد. این در دما رخ می دهد تی 2 = 2595 درجه سانتیگراد، کمتر از نقطه ذوب تنگستن (3380 درجه سانتیگراد). تا زمانی که تمام مس بجوشد، دمای نازل دوباره تغییر نخواهد کرد، زیرا مس تبخیر شده گرما را از تنگستن می گیرد (فاصله زمانی از τ 3 به τ 4 ). البته نازل برای مدت طولانی کار نخواهد کرد. پس از تبخیر مس، تنگستن دوباره شروع به گرم شدن می کند. با این حال، موتور موشک تنها برای چند دقیقه کار می کند و در این مدت نازل زمانی برای گرم شدن و ذوب شدن بیش از حد نخواهد داشت.

http://sernam. ru/book_phis_t1.php؟ id=272

§ 269. گرمای ویژه همجوشی

دیده‌ایم که ظرف یخ و آبی که به یک اتاق گرم آورده می‌شود، تا زمانی که تمام یخ ذوب نشود، گرم نمی‌شود. در این حالت از یخ در همان دما آب به دست می آید. در این زمان گرما به درون مخلوط یخ و آب جریان می یابد و در نتیجه انرژی داخلی این مخلوط افزایش می یابد. از اینجا باید نتیجه بگیریم که انرژی داخلی آب در بیشتر از انرژی داخلی یخ در همان دما است. از آنجایی که انرژی جنبشی مولکول ها، آب و یخ یکسان است، افزایش انرژی درونی در حین ذوب، افزایش انرژی پتانسیل مولکول ها است.

تجربه نشان می دهد که موارد فوق برای همه کریستال ها صادق است. هنگام ذوب یک کریستال، لازم است به طور مداوم انرژی داخلی سیستم افزایش یابد، در حالی که دمای کریستال و مذاب بدون تغییر باقی می ماند. به طور معمول، افزایش انرژی داخلی زمانی رخ می دهد که مقدار معینی از گرما به کریستال منتقل شود. همین هدف را می توان با انجام کار به عنوان مثال با اصطکاک به دست آورد. بنابراین، انرژی درونی یک مذاب همیشه بیشتر از انرژی درونی همان جرم بلورها در همان دما است. این بدان معناست که آرایش منظم ذرات (در حالت کریستالی) با انرژی کمتری نسبت به آرایش نامرتب (در مذاب) مطابقت دارد.

مقدار گرمای لازم برای تبدیل یک واحد جرم کریستال به مذابی با همان دما را گرمای ویژه ذوب کریستال می گویند. بر حسب ژول بر کیلوگرم بیان می شود.

هنگامی که یک ماده جامد می شود، گرمای همجوشی آزاد می شود و به اجسام اطراف منتقل می شود.

تعیین گرمای ویژه همجوشی اجسام نسوز (اجزای با نقطه ذوب بالا) کار آسانی نیست. گرمای ویژه همجوشی یک کریستال کم ذوب مانند یخ را می توان با استفاده از کالریمتر تعیین کرد. با ریختن مقدار معینی آب با دمای معین در کالری‌سنج و ریختن توده یخ شناخته‌شده‌ای که از قبل شروع به ذوب شدن کرده است، یعنی با داشتن دما، صبر می‌کنیم تا تمام یخ‌ها ذوب شود و دمای آب در کالری سنج مقدار ثابتی به خود می گیرد. با استفاده از قانون بقای انرژی، معادله تعادل گرمایی (§ 209) را ترسیم می کنیم که به ما امکان می دهد گرمای ویژه ذوب یخ را تعیین کنیم.

بگذارید جرم آب (شامل معادل آب کالریمتر) برابر با جرم یخ - ، ظرفیت گرمایی ویژه آب - ، دمای اولیه آب - ، دمای نهایی - و گرمای ویژه ذوب آب باشد. یخ - . معادله تعادل حرارتی شکل دارد

روی میز جدول 16 گرمای ویژه همجوشی برخی از مواد را نشان می دهد. گرمای زیاد ذوب یخ قابل توجه است. این شرایط بسیار مهم است، زیرا آب شدن یخ در طبیعت را کند می کند. اگر گرمای ویژه همجوشی بسیار کمتر بود، سیلاب های بهاری چندین برابر قوی تر می شدند. با دانستن گرمای ویژه همجوشی، می‌توانیم محاسبه کنیم که برای ذوب شدن هر جسم چقدر گرما لازم است. اگر بدن قبلاً تا نقطه ذوب گرم شده باشد، گرما باید صرفاً برای ذوب آن صرف شود. اگر دمای آن کمتر از نقطه ذوب باشد، هنوز باید گرما را برای گرم کردن صرف کنید. جدول 16.

269.1. تکه های یخ در ظرفی با آب پرتاب می شوند که به خوبی از هجوم گرما از خارج محافظت می شود. اگر 500 گرم آب در ظرف وجود داشته باشد چقدر می توان یخ را درون آن ریخت تا کاملاً ذوب شود؟ ظرفیت گرمایی ظرف را می توان در مقایسه با ظرفیت گرمایی آب موجود در آن ناچیز دانست. ظرفیت گرمایی ویژه یخ است

http://earthz.ru/solves/Zadacha-po-fizike-641

2014-06-01 یک سطل حاوی مخلوطی از آب و یخ به جرم m=10 کیلوگرم است. سطل را وارد اتاق کردند و بلافاصله شروع به اندازه گیری دمای مخلوط کردند. وابستگی حاصل از دما به زمان T(ph) در شکل نشان داده شده است. ظرفیت گرمایی ویژه آب cw = 4.2 J/(kg⋅K) است، گرمای ویژه ذوب یخ l = 340 kJ/kg است.

جرم میلی لیتر یخ را در سطل زمانی که به داخل اتاق آورده اید، تعیین کنید. از ظرفیت گرمایی سطل غافل شوید. راه حل: همانطور که از نمودار مشخص است در 50 دقیقه اول دمای مخلوط تغییری نکرده و برابر 0∘C باقی مانده است. در تمام این مدت، گرمای دریافتی مخلوط از اتاق برای ذوب یخ مورد استفاده قرار گرفت. بعد از 50 دقیقه تمام یخ ها ذوب شده و دمای آب شروع به بالا رفتن کرد. در 10 دقیقه (از f1=50 به f2=60min) دما به میزان DT=2∘C افزایش یافت. گرمای وارد شده به آب از اتاق در این مدت برابر است با q=cвmвДT=84 کیلوژول. یعنی در 50 دقیقه اول مقدار حرارت Q=5q=420 کیلوژول از اتاق وارد مخلوط شده است. این گرما برای ذوب جرم میلی لیتر یخ استفاده شد: Q = میلی لیتر. بنابراین، جرم یخ در یک سطل که وارد اتاق می شود برابر با ml=Q/l≈1.2 کیلوگرم است.

http://www.msuee.ru/html2/med_gidr/l3_4.html