Buzun füzyonunun özgül ısısı J mol'dür. Çeşitli maddelerin özgül füzyon ısısı. Konu: Maddenin kümelenme durumu

Buzun sıcaklığa bağlı olarak yoğunluğu, ısıl iletkenliği ve ısı kapasitesi

Tablo, 0 ila -100 ° C aralığında sıcaklığa bağlı olarak buzun yoğunluk, termal iletkenlik, özgül ısı kapasitesi değerlerini göstermektedir.

Tablodaki verilere göre, sıcaklıktaki bir azalma ile buzun özgül ısı kapasitesinin azaldığı, aksine buzun termal iletkenliği ve yoğunluğunun arttığı görülebilir. Örneğin, 0 °C sıcaklıkta buzun yoğunluğu 916.2 kg/m3 değerine sahiptir. ve eksi 100 ° C sıcaklıkta yoğunluğu 925.7 kg / m3'e eşit olur.

0 °C'de buzun özgül ısısı 2050 J / (kg · derece)'dir. Buz sıcaklığının -5'ten -100 ° C'ye düşmesiyle, özgül ısı kapasitesi 1,45 kat azalır. Buzun ısı kapasitesi iki kat daha azdır.

Buzun ısıl iletkenliği, sıcaklığı 0'dan eksi 100 ° С'ye düştüğünde 2.22'den 3.48 W / (m · derece) artar. Buz, termal olarak sudan daha iletkendir - aynı sınır koşulları altında 4 kat daha fazla ısı iletebilir.

Unutulmamalıdır ki, buzun yoğunluğunun daha az olduğu, ancak sıcaklık azaldıkça buzun yoğunluğunun arttığı ve sıcaklık mutlak sıfıra yaklaştıkça buzun yoğunluğunun suyun yoğunluğu değerine yakın hale geldiği belirtilmelidir.

Buzun ve karın termofiziksel özellikleri

Tablo, buz ve karın aşağıdaki özelliklerini göstermektedir:

• buz yoğunluğu, kg / m3;
• buz ve karın ısıl iletkenliği, kcal / (m · saat · derece) ve W / (m · derece);
• buzun özgül kütle ısı kapasitesi, kcal / (kg · derece) ve J / kg · derece);
• termal yayılım katsayısı, m 2 / saat ve m 2 / sn.

Buz ve karın özellikleri, aralıktaki sıcaklığa bağlı olarak sunulur: 0 ila -120 ° С arasındaki buz için; sıkıştırmaya (yoğunluğa) bağlı olarak 0 ila -50 ° C arası kar için. Tabloda buz ve karın termal yayılımı 106 çarpanı ile verilmiştir. Örneğin, 0 ° C sıcaklıkta buzun termal yayılımı 1.08 · 10 -6 m 2 / s'dir.

Buz buhar basıncı

Tablo, 0,01 ila -80 ° C aralığında sıcaklığa bağlı olarak süblimasyon (buzun buhara geçişi, sıvı fazı atlayarak) sırasında buzun doymuş buhar basıncının değerlerini göstermektedir. Tablo gösteriyor ki azalan buz sıcaklığı ile doymuş buharının basıncı azalır.

Kaynaklar:

1. Volkov. AI, Zharsky. ONLARA. Harika bir kimyasal referans kitabı. - M: Sovyet Okulu, 2005. - 608 s.

Öz füzyon ısısı, bir gram maddenin erimesi için gereken ısı miktarıdır. Özgül füzyon ısısı, kilogram başına joule cinsinden ölçülür ve ısı miktarının eriyen maddenin kütlesine bölünmesiyle hesaplanır.

Farklı maddeler için özgül füzyon ısısı

Farklı maddelerin farklı özgül füzyon ısıları vardır.

Alüminyum gümüşi bir metaldir. İşlenmesi kolaydır ve mühendislikte yaygın olarak kullanılır. Özgül füzyon ısısı 290 kJ / kg'dır.

Demir aynı zamanda Dünya'da en bol bulunan bir metaldir. Demir, endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Özgül füzyon ısısı 277 kJ / kg'dır.

Altın asil bir metaldir. Kuyumculukta, diş hekimliğinde ve farmakolojide kullanılır. Altının özgül füzyon ısısı 66,2 kJ / kg'dır.

Gümüş ve platin de değerli metallerdir. Kuyumculukta, mühendislikte ve tıpta kullanılırlar. Öz ısısı 101 kJ/kg, gümüşünki ise 105 kJ/kg'dır.

Kalay gri, düşük erime noktalı bir metaldir. Lehim, teneke ve bronzda yaygın olarak kullanılır. Özgül ısı 60.7 kJ / kg'dır.

Cıva -39 derecede donan hareketli bir metaldir. Normal şartlar altında sıvı halde bulunan tek metaldir. Cıva metalurji, tıp, teknoloji ve kimya endüstrisinde kullanılır. Özgül füzyon ısısı 12 kJ / kg'dır.

Buz, suyun katı fazıdır. Özgül füzyon ısısı 335 kJ / kg'dır.

Naftalin, kimyasal özelliklerde c'ye benzer bir organik maddedir. 80 derecede erir ve 525 derecede kendiliğinden tutuşur. Naftalin kimya endüstrisinde, farmasötiklerde, patlayıcılarda ve boyalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Naftalinin özgül füzyon ısısı 151 kJ / kg'dır.

Metan ve propan gazları enerji taşıyıcıları olarak kullanılır ve kimya endüstrisinde hammadde olarak kullanılır. Metanın özgül füzyon ısısı 59 kJ / kg ve 79.9 kJ / kg'dır.

Bu derste, "özgül füzyon ısısı" kavramını keşfedeceğiz. Bu değer, 1 kg'lık bir maddenin erime sıcaklığında katı halden sıvı hale geçmesi için (veya tam tersi) iletilmesi gereken ısı miktarını karakterize eder.

Bir maddenin erimesi (veya kristalleşme sırasında açığa çıkması) için gerekli olan ısı miktarını bulmak için formülü inceleyeceğiz.

Konu: Maddenin kümelenme durumu

Ders: Özgül Füzyon Isısı

Bu ders, bir maddenin erimesinin (kristalleşmesinin) ana özelliğine - füzyonun özgül ısısına - ayrılmıştır.

Son derste şu soruyu gündeme getirdik: Bir cismin iç enerjisi erime sırasında nasıl değişir?

Isı verildiğinde vücudun iç enerjisinin arttığını öğrendik. Aynı zamanda, bir cismin iç enerjisinin sıcaklık gibi bir kavramla karakterize edilebileceğini biliyoruz. Bildiğimiz gibi, erime sırasında sıcaklık değişmez. Bu nedenle, bir paradoksla karşı karşıya olduğumuza dair bir şüphe ortaya çıkabilir: iç enerji artar, ancak sıcaklık değişmez.

Bu gerçeğin açıklaması oldukça basittir: tüm enerji kristal kafesin yok edilmesi için harcanır. Benzer şekilde, ters işlemde: kristalleşme sırasında, bir maddenin molekülleri tek bir sistemde birleştirilirken, fazla enerji verilir ve dış ortam tarafından emilir.

Çeşitli deneyler sonucunda, aynı maddeyi katı halden sıvı hale geçirmek için farklı miktarda ısı gerektiğini tespit etmek mümkün olmuştur.

Daha sonra bu ısı miktarlarını aynı madde kütlesi ile karşılaştırmaya karar verildi. Bu, özgül füzyon ısısı gibi bir özelliğin ortaya çıkmasına neden oldu.

Tanım

Özgül füzyon ısısı- Erime noktasına kadar ısıtılan 1 kg bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesi için verilmesi gereken ısı miktarı.

1 kg maddenin kristalizasyonu sırasında da aynı değer açığa çıkar.

Özgül füzyon ısısı belirtilir (Yunanca harf, "lambda" veya "lambda" olarak okunur).

Birimler: . Bu durumda, erime (kristalleşme) sırasında sıcaklık değişmediği için boyutta sıcaklık yoktur.

Bir maddeyi eritmek için gereken ısı miktarını hesaplamak için aşağıdaki formülü kullanın:

Isı miktarı (J);

Özgül füzyon ısısı (tablodan aranır;

Maddenin kütlesi.

Bir cisim kristalleştiğinde, ısı açığa çıktığı için "-" işaretiyle yazılır.

Bir örnek, buzun erimesinin özgül ısısıdır:

... Veya demirin özgül füzyon ısısı:

.

Buzun erime özgül ısısının, demirin erime özgül ısısından daha yüksek olması şaşırtıcı olmamalıdır. Belirli bir maddenin erimesi gereken ısı miktarı, maddenin özelliklerine, özellikle belirli bir maddenin parçacıkları arasındaki bağların enerjisine bağlıdır.

Bu dersimizde öz füzyon ısısı kavramını inceledik.

Bir sonraki derste, kristal cisimlerin ısıtılması ve eritilmesi ile ilgili problemlerin nasıl çözüleceğini öğreneceğiz.

bibliyografya

1. Gendenshtein L.E, Kaidalov A.B., Kozhevnikov VB Fizik 8 / Ed. Orlova V.A., Royzen I.I. - M.: Mnemosina.
2. Peryshkin A.V. Fizik 8. - M.: Bustard, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizik 8. - M .: Eğitim.

1. Fizik, mekanik vb. ().
2. Harika fizik ().
3. İnternet portalı Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

Ödev

Sıcak bir odaya getirilen bir buz ve su kabının, tüm buzlar eriyene kadar ısınmadığını gördük. Bu durumda, aynı sıcaklıkta buzdan su elde edilir. Bu sırada buz-su karışımına ısı akar ve bu nedenle bu karışımın iç enerjisi artar. Bundan, suyun iç enerjisinin, aynı sıcaklıktaki buzun iç enerjisinden daha büyük olduğu sonucuna varmalıyız. Moleküllerin, suyun ve buzun kinetik enerjileri aynı olduğu için, erime sırasında iç enerjideki artış, moleküllerin potansiyel enerjisindeki bir artıştır.

Deneyimler, söylenenlerin tüm kristaller için doğru olduğunu göstermektedir. Kristal eridiğinde, kristalin ve eriyiğin sıcaklığı değişmeden kalırken sistemin iç enerjisini sürekli olarak artırmak gerekir. Genellikle, kristale belirli bir miktarda ısı aktarıldığında iç enerjide bir artış meydana gelir. Sürtünme gibi işler yaparak da aynı amaca ulaşılabilir. Bu nedenle, eriyiğin iç enerjisi her zaman aynı sıcaklıktaki aynı kristal kütlesinin iç enerjisinden daha büyüktür. Bu, düzenli bir parçacık düzenlemesinin (kristal halde), düzensiz bir düzenlemeden (eriyik halinde) daha düşük bir enerjiye karşılık geldiği anlamına gelir.

Bir kristalin birim kütlesini aynı sıcaklıktaki bir eriyiğe aktarmak için gereken ısı miktarına bir kristalin özgül füzyon ısısı denir. Kilogram başına joule cinsinden ifade edilir.

Bir madde katılaştığında, füzyon ısısı serbest bırakılır ve çevredeki cisimlere aktarılır.

Refrakter cisimlerin (yüksek erime noktasına sahip cisimler) özgül füzyon ısısının belirlenmesi kolay bir iş değildir. Buz gibi düşük erime noktalı bir kristalin özgül füzyon ısısı bir kalorimetre ile belirlenebilir. Kalorimetreye belirli bir sıcaklıkta belirli bir miktar su döktükten ve daha önce erimeye başlayan, yani bir sıcaklığa sahip belirli bir buz kütlesini attıktan sonra, tüm buz eriyene ve sıcaklığına sahip olana kadar bekleyelim. kalorimetredeki su sabit bir değer alır. Enerjinin korunumu yasasını kullanarak, buzun erimesinin özgül ısısını belirlememize izin veren ısı dengesi denklemini (§ 209) oluştururuz.

Suyun kütlesi (kalorimetrenin su eşdeğeri dahil) buzun kütlesine -, suyun özgül ısısına -, ilk su sıcaklığına -, son -, buzun erime özgül ısısına - eşit olsun. Isı dengesi denklemi şu şekildedir:

.

Tablo 16, bazı maddelerin özgül füzyon ısılarının değerlerini gösterir. Buzun erimesinin büyük ısısı dikkat çekicidir. Bu durum doğadaki buzun erimesini yavaşlattığı için çok önemlidir. Özgül füzyon ısısı çok daha düşük olsaydı, bahar taşkınları birçok kez daha güçlü olurdu. Füzyonun özgül ısısını bilerek, bir cismi eritmek için ne kadar ısı gerektiğini hesaplayabiliriz. Vücut zaten erime noktasına kadar ısıtılmışsa, sadece eritmek için ısı harcamak gerekir. Erime noktasının altında bir sıcaklığa sahipse, yine de ısıtma için ısı harcamanız gerekir.

Tablo 16.

Bir maddenin katı kristal halden sıvı hale geçmesine denir. erime. Katı kristal bir cismi eritmek için belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılmalıdır, yani ısı sağlanmalıdır.Bir maddenin eridiği sıcaklığa denirmaddenin erime noktası.

Ters işlem - bir sıvıdan katı bir duruma geçiş - sıcaklıkta bir azalma ile gerçekleşir, yani ısı çıkarılır. Bir maddenin sıvı halden katı hale geçmesine denirsertleşme , veya kristallizasyon . Bir maddenin kristalleştiği sıcaklığa denir.kristal sıcaklığızonlar .

Deneyimler, herhangi bir maddenin aynı sıcaklıkta kristalleştiğini ve eridiğini göstermektedir.

Şekil, kristal gövdenin (buz) sıcaklığının ısıtma süresine (noktadan) bağımlılığının bir grafiğini göstermektedir. A diyeceğim şey şu ki NS) ve soğutma süresi (noktadan NS diyeceğim şey şu ki K). Yatay eksende zaman çizilir ve dikey eksende sıcaklık çizilir.

Grafikten, sürecin gözleminin, buz sıcaklığının -40 ° С olduğu andan itibaren veya dedikleri gibi, zamanın ilk anında sıcaklığın başladığı görülebilir. Terken= -40 °C (nokta A grafikte). Daha fazla ısıtma ile buz sıcaklığı yükselir (grafikte bu bir bölümdür AB). Sıcaklık 0 ° C'ye yükselir - buzun erime noktası. 0 °C'de buz erimeye başlar ve sıcaklığının artması durur. Tüm erime süresi boyunca (yani tüm buz eriyene kadar), brülör yanmaya devam etmesine ve bu nedenle ısı sağlanmasına rağmen buz sıcaklığı değişmez. Eritme işlemi grafiğin yatay bölümüne karşılık gelir Güneş . Ancak tüm buzlar eriyip suya dönüştükten sonra sıcaklık tekrar yükselmeye başlar (bölüm CD). Su sıcaklığı + 40 ° C'ye ulaştıktan sonra brülör söndürülür ve su soğumaya başlar, yani ısı çıkarılır (bunun için su içeren bir kap, buzlu daha büyük başka bir kaba yerleştirebilirsiniz). Su sıcaklığı düşmeye başlar (bölüm DE). Sıcaklık 0 °C'ye ulaştığında, ısı hala ortadan kalkmasına rağmen su sıcaklığı düşmeyi durdurur. Bu, suyun kristalleşme sürecidir - buz oluşumu (yatay kesit EF). Tüm su buza dönüşene kadar sıcaklık değişmez. Ancak bundan sonra buz sıcaklığı düşmeye başlar (bölüm FK).

Ele alınan grafiğin görünümü aşağıdaki şekilde açıklanmıştır. Konum açık AB verilen ısı nedeniyle, buz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi artar ve sıcaklığı yükselir. Konum açık Güneşşişenin içeriği tarafından alınan tüm enerji, buzun kristal kafesinin yok edilmesi için harcanır: moleküllerinin düzenli uzaysal düzenlemesi düzensiz olanlarla değiştirilir, moleküller arasındaki mesafe değişir, yani. madde sıvı hale gelecek şekilde moleküllerin yeniden düzenlenmesi vardır. Bu durumda moleküllerin ortalama kinetik enerjisi değişmez, dolayısıyla sıcaklık da değişmez. Erimiş buzlu suyun sıcaklığında daha fazla artış (bölgede) CD) brülör tarafından sağlanan ısı nedeniyle su moleküllerinin kinetik enerjisinde bir artış anlamına gelir.

Suyu soğuturken (bölüm DE) enerjinin bir kısmı ondan alınır, su molekülleri daha düşük hızlarda hareket eder, ortalama kinetik enerjileri azalır - sıcaklık düşer, su soğur. 0 ° С'de (yatay bölüm EF) moleküller belirli bir sırayla dizilmeye başlar ve bir kristal kafes oluşturur. Bu işlem tamamlanıncaya kadar, çıkarılan ısıya rağmen maddenin sıcaklığı değişmez, yani katılaştığında sıvı (su) enerji açığa çıkarır. Bu tam olarak buzun emdiği, sıvıya dönüştüğü enerjidir (bölüm Güneş). Bir sıvının iç enerjisi, bir katınınkinden daha büyüktür. Erirken (ve kristalleşirken), vücudun iç enerjisi aniden değişir.

1650 ºС üzerindeki sıcaklıklarda eriyen metallere denir. dayanıklı(titanyum, krom, molibden vb.). Aralarındaki en yüksek erime noktası tungsten içindir - yaklaşık 3400 ° C. Refrakter metaller ve bileşikleri, uçak yapımında, roket ve uzay teknolojisinde ve nükleer enerjide ısıya dayanıklı malzemeler olarak kullanılmaktadır.

Bir maddenin eridiğinde enerji emdiğini bir kez daha vurgulayalım. Öte yandan, kristalleşme sırasında çevreye bırakır. Kristalleşme sırasında açığa çıkan belli bir miktar ısı alan ortam ısınır. Bu birçok kuş tarafından iyi bilinir. Çok uzun zaman önce, kışın soğuk havalarda nehirleri ve gölleri kaplayan buz üzerinde otururken görülebilirler. Buzun oluşumu sırasında açığa çıkan enerji nedeniyle, üzerindeki hava ağaçlardaki ormandakinden birkaç derece daha sıcaktır ve kuşlar bundan yararlanır.

Amorf maddelerin erimesi.

Belirli bir varlığın erime noktası Kristalli maddelerin önemli bir özelliğidir. Bu temelde, katılar olarak da adlandırılan amorf cisimlerden kolayca ayırt edilebilirler. Bunlara özellikle camlar, yüksek viskoziteli reçineler, plastikler dahildir.

amorf maddeler(kristalin olanlardan farklı olarak) belirli bir erime noktasına sahip değildir - erimezler, yumuşarlar. Örneğin bir cam parçası ısıtıldığında önce sertten yumuşar, kolayca bükülebilir veya gerilebilir; daha yüksek bir sıcaklıkta, parça kendi yerçekiminin etkisi altında şeklini değiştirmeye başlar. Isındıkça kalın, viskoz kütle, içinde bulunduğu kabın şeklini alır. Bu kütle ilk başta bal gibi kalın, sonra ekşi krema gibi ve sonunda su ile neredeyse aynı düşük viskoziteli sıvı haline geliyor. Ancak burada katının sıvıya geçişinin belirli bir sıcaklığını belirtmek mümkün değildir, çünkü yoktur.

Bunun nedenleri, amorf cisimlerin yapısı ile kristal cisimlerin yapısı arasındaki temel farkta yatmaktadır. Amorf cisimlerdeki atomlar rastgele sıralanmıştır. Amorf cisimler yapı olarak sıvılara benzer. Zaten katı camda, atomlar rastgele düzenlenmiştir. Bu, camın sıcaklığındaki bir artışın yalnızca moleküllerinin salınım aralığını artırdığı ve yavaş yavaş onlara daha fazla hareket özgürlüğü verdiği anlamına gelir. Bu nedenle, cam yavaş yavaş yumuşar ve moleküllerin katı bir düzende düzenlenmesinden düzensiz bir düzene geçişin özelliği olan keskin bir "katı-sıvı" geçişi göstermez.

Füzyon ısısı.

Füzyon ısısı Sabit basınç ve sabit sıcaklıktaki bir maddenin katı kristal halinden sıvı hale tamamen geçmesi için erime noktasına eşit olması gereken ısı miktarıdır. Füzyon ısısı, bir maddenin sıvı halden kristalleşmesi sırasında açığa çıkan ısı miktarına eşittir. Erime sırasında, bir maddeye verilen tüm ısı, moleküllerinin potansiyel enerjisini arttırmak için harcanır. Erime sabit sıcaklıkta gerçekleştiği için kinetik enerji değişmez.

Aynı kütleye sahip çeşitli maddelerin erimesini deneysel olarak inceleyerek, onları sıvıya dönüştürmek için farklı miktarlarda ısı gerektiğini fark edebiliriz. Örneğin, bir kilogram buzu eritmek için 332 J enerji ve 1 kg kurşunu eritmek için - 25 kJ enerji harcamanız gerekir.

Vücut tarafından salınan ısı miktarı negatif olarak kabul edilir. Bu nedenle, kütleli bir maddenin kristalleşmesi sırasında açığa çıkan ısı miktarını hesaplarken m, aynı formülü kullanmalısınız, ancak eksi işaretiyle:

Yanma ısısı.

yanma ısısı(veya kalorifik değer, kalori içeriği) Yakıtın tamamen yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarıdır.

Gövdeleri ısıtmak için, yakıtın yanması sırasında açığa çıkan enerji sıklıkla kullanılır. Yaygın yakıtlar (kömür, yağ, benzin) karbon içerir. Yanarken, karbon atomları havadaki oksijen atomlarıyla birleşerek karbondioksit moleküllerinin oluşumuna neden olur. Bu moleküllerin kinetik enerjisi, orijinal parçacıklarınkinden daha büyük olduğu ortaya çıkıyor. Yanma sırasında moleküllerin kinetik enerjisindeki artışa enerji salınımı denir. Yakıtın tam yanması sırasında açığa çıkan enerji, bu yakıtın yanma ısısıdır.

Yakıtın yanma ısısı, yakıtın tipine ve ağırlığına bağlıdır. Yakıtın kütlesi ne kadar büyük olursa, tam yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarı o kadar büyük olur.

1 kg ağırlığındaki yakıtın tam yanması sırasında ne kadar ısı açığa çıktığını gösteren fiziksel niceliğe denir. yakıtın özgül yanma ısısı.Spesifik kalorifik değer harfle gösterilirQve kilogram başına joule (J/kg) cinsinden ölçülür.

ısı miktarı Q yanma emisyonu m aşağıdaki formüle göre belirlenen kg yakıt:

Rastgele kütledeki yakıtın tamamen yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarını bulmak için, bu yakıtın özgül yanma ısısını kütlesiyle çarpmanız gerekir.