Физика · конспекты
★0
Физика › 8 класс › Изменение агрегатных состояний вещества

Тема 16Удельная теплота плавления

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Удельная теплота плавлениямассарода вещества

Чтобы расплавить тело, мало нагреть его до температуры плавления. При этой температуре ему нужно передать ещё некоторое количество теплоты — на разрушение кристаллической решётки.

При плавлении частицы покидают места в кристаллической решётке
При плавлении частицы покидают места в кристаллической решётке Иллюстрация: light-fizika.ru

Эта теплота тем больше, чем больше масса тела (больше частиц нужно «освободить»), и зависит от рода вещества (частицы разных веществ связаны по-разному).

Определение

Удельная теплота плавления — количество теплоты, которое нужно сообщить 1 кг кристаллического вещества при температуре плавления, чтобы полностью превратить его в жидкость. Обозначается λ\lambda («лямбда»), измеряется в Дж/кг.

Теплота плавления и кристаллизации
Q=λ mλ=QmQ=\lambda\,m\qquad \lambda=\frac{Q}{m}

При кристаллизации выделяется столько же теплоты, сколько поглощается при плавлении.

Удельная теплота плавления, 10510^5 Дж/кг

Веществоλ\lambdaВеществоλ\lambda
Алюминий3,9Сталь0,84
Лёд3,4Золото0,67
Железо2,7Олово0,59
Медь2,1Водород0,59
Парафин1,5Свинец0,25
Спирт1,1Кислород0,14
Серебро0,87Ртуть0,12

Например, у льда λ=3,4⋅105\lambda=3{,}4\cdot10^5 Дж/кг: чтобы растопить 1 кг льда при 0 ∘C0\,{}^\circ\text{C}, нужно 340 кДж. Значит, внутренняя энергия 1 кг воды при 0 ∘C0\,{}^\circ\text{C} на 340 кДж больше, чем у 1 кг льда при той же температуре.

Кристаллизация металла: зарождаются кристаллики, растут и заполняют весь объём
Кристаллизация металла: зарождаются кристаллики, растут и заполняют весь объём Иллюстрация: light-fizika.ru
Пример. Нагреть и расплавить

Сколько теплоты нужно, чтобы расплавить 1 кг свинца, взятого при 27 ∘C27\,{}^\circ\text{C}? (c=140c=140, tпл=327 ∘Ct_{\text{пл}}=327\,{}^\circ\text{C}, λ=0,25⋅105\lambda=0{,}25\cdot10^5 Дж/кг)

Сначала свинец нагреваем до температуры плавления, потом плавим:

Q1=cm(tпл−t)=140⋅1⋅300=42 000 ДжQ_1=cm(t_{\text{пл}}-t)=140\cdot1\cdot300=42\,000\ \text{Дж}
Q2=λm=0,25⋅105⋅1=25 000 ДжQ_2=\lambda m=0{,}25\cdot10^5\cdot1=25\,000\ \text{Дж}
Q=Q1+Q2=67 000 Дж=67 кДжQ=Q_1+Q_2=67\,000\ \text{Дж}=67\ \text{кДж}
В жизни

Весенние заморозки опасны для садов. Деревья поливают водой: замерзая, вода кристаллизуется и отдаёт теплоту — цветы не обмерзают. По той же причине в погреб ставят кадку с водой: она не даёт овощам замёрзнуть.

Образ для запоминания

λ\lambda — «плата за свободу»: чтобы частицы вырвались из решётки, каждый килограмм «платит» λ\lambda джоулей. При кристаллизации «плата» возвращается обратно.

⚗ Мини-опыт

Выберите вещество, массу и начальную температуру. Сравните два столбика: сколько теплоты уходит на нагрев до температуры плавления и сколько — на само плавление.

▶ Симуляция PhET

На вкладке «Изменения фазы» нагревайте твёрдое вещество и следите за температурой: пока кристалл разрушается, она почти не растёт, хотя нагреватель работает.

Агрегатное состояние веществаОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Что показывает удельная теплота плавления?
Это теплота на само плавление, без нагрева.
2Выделяется или поглощается энергия при кристаллизации?
Столько же, сколько поглощается при плавлении.
3Чья внутренняя энергия больше: 1 кг льда при 0 ∘C0\,{}^\circ\text{C} или 1 кг воды при 0 ∘C0\,{}^\circ\text{C}?
Чтобы получить эту воду из льда, пришлось передать λm\lambda m теплоты.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Сколько теплоты нужно, чтобы расплавить 2 кг льда при 0 ∘C0\,{}^\circ\text{C}?

    Ответ

    Q=3,4⋅105⋅2=6,8⋅105Q=3{,}4\cdot10^5\cdot2=6{,}8\cdot10^5 Дж =680=680 кДж.

    Как получилось?

  2. Сколько теплоты нужно, чтобы расплавить 0,5 кг свинца, взятого при температуре плавления?

    Ответ

    Q=0,25⋅105⋅0,5=12 500Q=0{,}25\cdot10^5\cdot0{,}5=12\,500 Дж.

    Как получилось?

  3. Сколько теплоты выделится при кристаллизации 3 кг расплавленного алюминия?

    Ответ

    Q=3,9⋅105⋅3=1,17⋅106Q=3{,}9\cdot10^5\cdot3=1{,}17\cdot10^6 Дж.

    Как получилось?

  4. Что означает запись: удельная теплота плавления меди 2,1⋅1052{,}1\cdot10^5 Дж/кг?

    Ответ

    Чтобы расплавить 1 кг меди при температуре плавления, нужно 2,1⋅1052{,}1\cdot10^5 Дж.

    Как получилось?

  5. На плавление куска олова при температуре плавления затратили 29,5 кДж. Какова масса олова?

    Ответ

    m=Qλ=29 5000,59⋅105=0,5m=\dfrac{Q}{\lambda}=\dfrac{29\,500}{0{,}59\cdot10^5}=0{,}5 кг.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Сколько теплоты нужно, чтобы 2 кг льда при −10 ∘C-10\,{}^\circ\text{C} превратить в воду при 0 ∘C0\,{}^\circ\text{C}? (cльда=2100c_{\text{льда}}=2100)

    Ответ

    Q1=2100⋅2⋅10=42 000Q_1=2100\cdot2\cdot10=42\,000 Дж; Q2=3,4⋅105⋅2=680 000Q_2=3{,}4\cdot10^5\cdot2=680\,000 Дж; Q=722Q=722 кДж.

    Как получилось?

  2. Сколько теплоты нужно, чтобы расплавить 0,2 кг олова, взятого при 32 ∘C32\,{}^\circ\text{C}? (c=230c=230, tпл=232 ∘Ct_{\text{пл}}=232\,{}^\circ\text{C})

    Ответ

    Q1=230⋅0,2⋅200=9200Q_1=230\cdot0{,}2\cdot200=9200 Дж; Q2=0,59⋅105⋅0,2=11 800Q_2=0{,}59\cdot10^5\cdot0{,}2=11\,800 Дж; Q=21 000Q=21\,000 Дж.

    Как получилось?

  3. Сколько воды при 0 ∘C0\,{}^\circ\text{C} превратится в лёд, если она отдаст 1,7 МДж теплоты?

    Ответ

    m=1,7⋅1063,4⋅105=5m=\dfrac{1{,}7\cdot10^6}{3{,}4\cdot10^5}=5 кг.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Удельная теплота плавления
Теплота, нужная, чтобы расплавить 1 кг вещества при температуре плавления. λ\lambda, Дж/кг.
Теплота плавления
Q=λ mQ=\lambda\,m
Удельная теплота плавления льда
3,4⋅1053{,}4\cdot10^5 Дж/кг
Нагреть и расплавить
Q=cm(tпл−t)+λmQ=cm(t_{\text{пл}}-t)+\lambda m

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.