Šajā nodarbībā mēs pētīsim jēdzienu “īpatnējais saplūšanas siltums”. Šī vērtība raksturo siltuma daudzumu, kas jāpiešķir 1 kg vielas tās kušanas temperatūrā, lai tā cietā stāvoklī pārvērtās šķidrumā (vai otrādi).
Mēs pētīsim formulu, kā atrast siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai izkausētu (vai izdalās kristalizācijas laikā).
Tēma: Vielas agregāti
Nodarbība: īpatnējais kušanas siltums
Šī nodarbība ir veltīta vielas kušanas (kristalizācijas) galvenajam raksturlielumam - īpatnējam saplūšanas siltumam.
Pēdējā nodarbībā pieskārāmies jautājumam: kā mainās ķermeņa iekšējā enerģija kušanas laikā?
Mēs noskaidrojām, ka, pievienojot siltumu, palielinās ķermeņa iekšējā enerģija. Tajā pašā laikā mēs zinām, ka ķermeņa iekšējo enerģiju var raksturot ar tādu jēdzienu kā temperatūra. Kā mēs jau zinām, kausēšanas laikā temperatūra nemainās. Tāpēc var rasties aizdomas, ka mums ir darīšana ar paradoksu: iekšējā enerģija palielinās, bet temperatūra nemainās.
Izskaidrojums šim faktam ir pavisam vienkāršs: visa enerģija tiek tērēta kristāla režģa iznīcināšanai. Apgrieztais process ir līdzīgs: kristalizācijas laikā vielas molekulas apvienojas vienota sistēma, savukārt lieko enerģiju izdala un absorbē ārējā vide.
Dažādu eksperimentu rezultātā izdevās konstatēt, ka vienai un tai pašai vielai ir nepieciešams atšķirīgs siltuma daudzums, lai to pārvērstu no cietas uz šķidru stāvokli.
Tad tika nolemts šos siltuma daudzumus salīdzināt ar tādu pašu vielas masu. Tas noveda pie tādas pazīmes kā īpatnējais saplūšanas siltums.
Definīcija
Īpatnējais saplūšanas siltums- siltuma daudzums, kas jānodod 1 kg vielas, kas uzkarsēta līdz kušanas temperatūrai, lai to no cietas agregātu pārnestu šķidrā stāvoklī.
Tikpat daudz izdalās 1 kg vielas kristalizācijas laikā.
To apzīmē ar īpatnējo saplūšanas siltumu (grieķu burts, lasāms kā “lambda” vai “lambda”).
Vienības: . IN šajā gadījumā dimensijā nav temperatūras, jo kušanas (kristalizācijas) laikā temperatūra nemainās.
Lai aprēķinātu siltuma daudzumu, kas nepieciešams vielas izkausēšanai, tiek izmantota formula:
Siltuma daudzums (J);
Īpatnējais saplūšanas siltums (, kas tiek meklēts tabulā;
Vielas masa.
Kad ķermenis kristalizējas, tas tiek rakstīts ar “-” zīmi, jo izdalās siltums.
Piemērs ir ledus īpatnējais saplūšanas siltums:
. Vai īpatnējais dzelzs kausēšanas siltums:
.
Faktam, ka ledus īpatnējais kausēšanas siltums izrādījās lielāks par dzelzs īpatnējo kausēšanas siltumu, nevajadzētu pārsteigt. Siltuma daudzums, kas konkrētai vielai nepieciešams kausēšanai, ir atkarīgs no vielas īpašībām, jo īpaši no saišu enerģijas starp šīs vielas daļiņām.
Šajā nodarbībā mēs apskatījām īpatnējā saplūšanas siltuma jēdzienu.
Nākamajā nodarbībā mēs iemācīsimies risināt problēmas, kas saistītas ar kristālisko ķermeņu karsēšanu un kausēšanu.
Bibliogrāfija
- Gendenšteins L. E., Kaidalovs A. B., Koževņikovs V. B. Fizika 8 / Red. Orlova V. A., Roizena I. I. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Bustards, 2010.
- Fadejeva A. A., Zasovs A. V., Kiseļevs D. F. Fizika 8. - M.: Izglītība.
- Fizika, mehānika utt. ().
- Forša fizika ().
- Interneta portāls Kaf-fiz-1586.narod.ru ().
Mājasdarbs
Kušana ir ķermeņa pāreja no kristāliska cieta stāvokļa uz šķidru stāvokli. Kušana notiek, absorbējot īpatnējo saplūšanas siltumu, un tā ir pirmās kārtas fāzes pāreja.
Spēja kausēt attiecas uz vielas fizikālajām īpašībām
Plkst normāls spiediens, augstākā kušanas temperatūra starp metāliem ir volframs (3422 °C), vienkāršām vielām kopumā - ogleklis (pēc dažādiem avotiem, 3500 - 4500 °C) un starp patvaļīgām vielām - hafnija karbīds HfC (3890 °C). Var pieņemt, ka hēlijam ir viszemākā kušanas temperatūra: normālā spiedienā tas paliek šķidrs patvaļīgi zemās temperatūrās.
Daudzām vielām normālā spiedienā nav šķidrās fāzes. Sildot, tie sublimācijas ceļā nekavējoties pārvēršas gāzveida stāvoklī.
9. attēls – ledus kušana
Kristalizācija ir vielas fāzes pārejas process no šķidruma uz cietu kristālisku stāvokli, veidojot kristālus.
Fāze ir viendabīga termodinamiskās sistēmas daļa, kas no citām sistēmas daļām (citām fāzēm) atdalīta ar saskarni, caur kuru iet ķīmiskais sastāvs, vielas struktūra un īpašības strauji mainās.
10. attēls – ūdens kristalizācija, veidojoties ledus
Kristalizācija ir cietās fāzes izdalīšana kristālu veidā no šķīdumiem vai kausējumiem; ķīmiskajā rūpniecībā kristalizācijas procesu izmanto, lai iegūtu vielas tīrā veidā.
Kristalizācija sākas, kad tiek sasniegts noteikts ierobežojošais stāvoklis, piemēram, šķidruma pārdzesēšana vai tvaika pārsātinājums, kad gandrīz acumirklī parādās daudzi mazi kristāli - kristalizācijas centri. Kristāli aug, pievienojot atomus vai molekulas no šķidruma vai tvaikiem. Kristāla skaldņu augšana notiek slāni pa slānim; nepabeigto atomu slāņu (pakāpju) malas, augot, pārvietojas gar seju. Augšanas ātruma atkarība no kristalizācijas apstākļiem rada dažādas augšanas formas un kristāla struktūras (daudzslāņu, slāņveida, adatveida, skeleta, dendrīta un citas formas, zīmuļu struktūras utt.). Kristalizācijas laikā neizbēgami rodas dažādi defekti.
Pārdzesēšanas pakāpe būtiski ietekmē kristalizācijas centru skaitu un augšanas ātrumu.
Pārdzesēšanas pakāpe ir šķidrā metāla dzesēšanas līmenis zem tā pārejas temperatūras uz kristālisko (cieto) modifikāciju. Ir nepieciešams kompensēt latentā kristalizācijas siltuma enerģiju. Primārā kristalizācija ir kristālu veidošanās metālos (un sakausējumos), pārejot no šķidruma uz cietu stāvokli.
Īpatnējais saplūšanas siltums (arī: saplūšanas entalpija; ir arī līdzvērtīgs īpatnējā kristalizācijas siltuma jēdziens) - siltuma daudzums, kas jāpiešķir vienai kristāliskas vielas masas vienībai līdzsvara izobāriski-izotermiskā procesā, lai lai to no cieta (kristāliska) stāvokļa pārnestu uz šķidrumu (tad vielas kristalizācijas laikā izdalās tikpat daudz siltuma).
Siltuma daudzums kušanas vai kristalizācijas laikā: Q=ml
Iztvaicēšana un vārīšana. Īpatnējais iztvaikošanas siltums
Iztvaikošana ir vielas pārejas process no šķidra stāvokļa uz gāzveida stāvokli (tvaiks). Iztvaikošanas process ir pretējs kondensācijas procesam (pāreja no tvaika stāvokļa uz šķidru stāvokli. Iztvaikošana (iztvaicēšana), vielas pāreja no kondensētās (cietās vai šķidrās) fāzes uz gāzveida (tvaiku); pirmās kārtas fāzes pāreja.
Augstākajā fizikā ir vairāk attīstīta iztvaikošanas koncepcija
Iztvaikošana ir process, kurā daļiņas (molekulas, atomi) izlido (atraujas) no šķidruma vai cietas vielas virsmas ar Ek > Ep.
11. attēls – iztvaikošana virs tējas krūzes
Īpatnējais iztvaikošanas siltums (iztvaicēšana) (L) -- fiziskais daudzums, kas parāda siltuma daudzumu, kas jāpiešķir 1 kg vielas, kas ņemta viršanas temperatūrā, lai to no šķidruma pārnestu gāzveida stāvoklī. Īpatnējo iztvaikošanas siltumu mēra J/kg.
Vārīšana ir iztvaikošanas process šķidrumā (vielas pāreja no šķidruma uz gāzveida stāvokli), parādoties fāzu atdalīšanas robežām. Vārīšanās temperatūra plkst atmosfēras spiediens parasti tiek norādīts kā viens no ķīmiski tīras vielas galvenajiem fizikāli ķīmiskajiem raksturlielumiem.
Vārīšana ir pirmās kārtas fāzes pāreja. Vārīšanās notiek daudz intensīvāk nekā iztvaikošana no virsmas, jo veidojas iztvaikošanas centri, ko nosaka gan sasniegtā viršanas temperatūra, gan piemaisījumu klātbūtne.
Burbuļu veidošanās procesu var ietekmēt spiediens, skaņas viļņi, jonizācija. Jo īpaši burbuļu kamera darbojas pēc šķidruma mikrotilpu viršanas principa no jonizācijas lādētu daļiņu pārejas laikā.
12. attēls - verdošs ūdens
Siltuma daudzums vārīšanās, šķidruma iztvaikošanas un tvaika kondensācijas laikā: Q=mL
Lai izkausētu cietu vielu, tā ir jāuzsilda. Un, sildot jebkuru ķermeni, tiek atzīmēta viena ziņkārīga iezīme
Īpatnība ir šāda: ķermeņa temperatūra paaugstinās līdz kušanas temperatūrai un pēc tam apstājas, līdz viss ķermenis pāriet šķidrā stāvoklī. Pēc kausēšanas temperatūra atkal sāk celties, ja, protams, karsēšanu turpina. Tas ir, ir laika periods, kurā mēs sildam ķermeni, bet tas nesasilda. Kur paliek siltumenerģija, ko mēs tērējam? Lai atbildētu uz šo jautājumu, mums jāielūkojas ķermeņa iekšienē.
Cietā vielā molekulas ir sakārtotas noteiktā secībā kristālu veidā. Tie praktiski nekustas, tikai nedaudz svārstās vietā. Lai viela pārvērstos šķidrā stāvoklī, molekulām ir jādod papildu enerģija, lai tās varētu izvairīties no blakus esošo molekulu pievilkšanas kristālos. Sildot ķermeni, mēs dodam molekulām šo nepieciešamo enerģiju. Un kamēr visas molekulas nesaņem pietiekami daudz enerģijas un visi kristāli nav iznīcināti, ķermeņa temperatūra nepaaugstinās. Eksperimenti liecina, ka dažādām vienas masas vielām ir nepieciešams atšķirīgs siltuma daudzums, lai tās pilnībā izkausētu.
Tas ir, ir noteikta vērtība, no kuras tā ir atkarīga cik daudz siltuma jāuzņem vielai, lai tā izkustu?. Un šī vērtība dažādām vielām ir atšķirīga. Šo lielumu fizikā sauc par vielas īpatnējo saplūšanas siltumu. Atkal eksperimentu rezultātā dažādu vielu īpatnējā kausēšanas siltuma vērtības ir noteiktas un apkopotas īpašās tabulās, no kurām var iegūt šo informāciju. Īpatnējo saplūšanas siltumu apzīmē ar grieķu burtu λ (lambda), un mērvienība ir 1 J/kg.
Īpatnējā saplūšanas siltuma formula
Īpatnējo saplūšanas siltumu nosaka pēc formulas:
kur Q ir siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai izkausētu ķermeni ar masu m.
Atkal no eksperimentiem ir zināms, ka, vielām sacietējot, tās izdala tādu pašu siltuma daudzumu, kāds bija nepieciešams, lai tās izkausētu. Molekulas, zaudējot enerģiju, veido kristālus, nespējot pretoties citu molekulu pievilkšanai. Un atkal, ķermeņa temperatūra nepazemināsies, kamēr viss ķermenis nesacietēs un līdz tiks atbrīvota visa enerģija, kas tika iztērēta tā kušanai. Tas ir, īpatnējais saplūšanas siltums parāda gan to, cik daudz enerģijas ir jāiztērē, lai izkausētu ķermeni ar masu m, gan arī to, cik daudz enerģijas tiks atbrīvots, kad konkrētais ķermenis sacietēs.
Piemēram, ūdens īpatnējais kausēšanas siltums cietā stāvoklī, tas ir, ledus īpatnējais kausēšanas siltums ir 3,4 * 105 J/kg. Šie dati ļauj aprēķināt, cik daudz enerģijas nepieciešams jebkuras masas ledus izkausēšanai. Zinot arī ledus un ūdens īpatnējo siltumietilpību, var precīzi aprēķināt, cik daudz enerģijas nepieciešams konkrētam procesam, piemēram, 2 kg smaga ledus kausēšanai un temperatūrai - 30˚C un iegūtā ūdens uzvārīšanai. Šāda informācija par dažādām vielām rūpniecībā ir ļoti nepieciešama, lai aprēķinātu reālās enerģijas izmaksas jebkuru preču ražošanā.
KOPSAVILKUMS
"Kūstošie ķermeņi"
Izpildīts:
Prysyazhnyuk Olga 9-A
Pārbaudīts:
Ņevzorova Tatjana Igorevna
Ievads
1) Siltuma daudzuma aprēķins
2) Kušana
3) īpatnējais saplūšanas siltums
4) Metālu kausēšana
5) Ūdens kušanas un viršanas temperatūra
6) kūst
7) Interesanti fakti par kausēšanu
Secinājums (secinājumi)
Izmantotās literatūras saraksts
Ievads
Agregāta stāvoklis ir vielas stāvoklis, kam raksturīgas noteiktas kvalitatīvas īpašības: spēja vai nespēja saglabāt apjomu un formu, liela un maza attāluma kārtības esamība vai neesamība un citi. Agregācijas stāvokļa izmaiņas var būt saistītas ar pēkšņām brīvās enerģijas, entropijas, blīvuma un citu pamata fizikālo īpašību izmaiņām.
Ir trīs galvenie agregācijas stāvokļi: ciets, šķidrs un gāzveida. Dažreiz nav pilnīgi pareizi klasificēt plazmu kā agregācijas stāvokli. Ir arī citi agregācijas stāvokļi, piemēram, šķidrie kristāli vai Bozes-Einšteina kondensāts.
Agregācijas stāvokļa izmaiņas ir termodinamiskie procesi, ko sauc par fāzu pārejām. Izšķir šādas šķirnes: no cietas līdz šķidrai - kušanas; no šķidruma uz gāzveida - iztvaikošana un vārīšanās; no cietas līdz gāzveida - sublimācija; no gāzveida uz šķidru vai cietu - kondensācija. Atšķirīga iezīme ir asas robežas trūkums pārejai uz plazmas stāvokli.
Aprakstam dažādi apstākļi fizikā tiek izmantots plašāks termodinamiskās fāzes jēdziens. Parādības, kas raksturo pāreju no vienas fāzes uz otru, sauc par kritiskām parādībām.
Ciets: stāvoklis, ko raksturo spēja saglabāt apjomu un formu. Cietas vielas atomi iziet tikai nelielas vibrācijas ap līdzsvara stāvokli. Ir gan tālsatiksmes, gan īstermiņa pasūtījumi.
Šķidrums: Vielas stāvoklis, kurā tai ir zema saspiežamība, tas ir, tas labi saglabā apjomu, bet nespēj saglabāt formu. Šķidrums viegli iegūst trauka formu, kurā tas ir ievietots. Šķidruma atomi vai molekulas vibrē tuvu līdzsvara stāvoklim, ko bloķē citi atomi, un bieži vien pārlec uz citām brīvām vietām. Ir tikai īstermiņa pasūtījums.
Gāze: stāvoklis, ko raksturo laba saspiežamība, kam trūkst spējas saglabāt gan tilpumu, gan formu. Gāzei ir tendence aizņemt visu tai paredzēto tilpumu. Gāzes atomi vai molekulas uzvedas salīdzinoši brīvi, attālumi starp tiem ir daudz lielāki par to izmēriem.
Citi stāvokļi: dziļi atdzesējot, dažas (ne visas) vielas pārvēršas supravadošā vai superšķidruma stāvoklī. Šie stāvokļi, protams, ir atsevišķas termodinamiskās fāzes, taču diez vai tos var saukt par jauniem matērijas agregētajiem stāvokļiem to neuniversalitātes dēļ. Neviendabīgas vielas, piemēram, pastas, želejas, suspensijas, aerosoli utt., kas noteiktos apstākļos uzrāda gan cietu vielu, gan šķidrumu un pat gāzu īpašības, parasti tiek klasificētas kā izkliedēti materiāli, nevis uz kādiem konkrētiem vielas agregātu stāvokļiem.
Kušana
Rīsi. 1. Tīras vielas stāvoklis (diagramma)
Rīsi. 2. Kristāliskā ķermeņa kušanas temperatūra
Rīsi. 3. Sārmu metālu kušanas temperatūra
Kušana ir vielas pāreja no kristāliskā (cietā) stāvokļa uz šķidrumu; notiek ar siltuma absorbciju (pirmās kārtas fāzes pāreja). Tīro vielu saplūšanas galvenie raksturlielumi ir kušanas temperatūra (Tm) un siltums, kas nepieciešams saplūšanas procesa veikšanai (kušanas siltums Qm).
P. temperatūra ir atkarīga no ārējā spiediena p; tīras vielas stāvokļa diagrammā šī atkarība ir attēlota ar kušanas līkni (cietās un šķidrās fāzes līdzāspastāvēšanas līkne, AD vai AD" 1. attēlā). Sakausējumu un cieto šķīdumu kušana, kā likums, notiek temperatūras diapazons (izņēmums ir eitektika ar konstantu Tm) Sakausējuma pārejas sākuma un beigu temperatūras atkarība no tā sastāva noteiktā spiedienā stāvokļu diagrammās ir attēlota ar īpašām līnijām (šķidruma un solidusa līknes, skatīt att. Duālās sistēmas). Vairākiem lielmolekulāriem savienojumiem (piemēram, vielām, kas spēj veidot šķidros kristālus) pāreja no cieta kristāliska stāvokļa uz izotropu šķidrumu notiek pa posmiem (noteiktā temperatūras diapazonā), katrs posms raksturo noteiktu iznīcināšanas stadiju. kristāliskā struktūra.
Noteiktas temperatūras klātbūtne P. - svarīga zīme pareiza cietvielu kristāliskā struktūra. Pēc šīs īpašības tās var viegli atšķirt no amorfām cietām vielām, kurām nav noteikta kušanas temperatūra. Amorfās cietās vielas pakāpeniski pārvēršas šķidrā stāvoklī, temperatūrai paaugstinoties, kļūstot mīkstākas (skatīt Amorfo stāvokli). Starp tīrajiem metāliem visaugstākā temperatūra ir volframam (3410 °C), bet dzīvsudrabam zemākā temperatūra (-38,9 °C). Īpaši ugunsizturīgie savienojumi ietver: TiN (3200 °C), HfN (3580 °C), ZrC (3805 °C), TaC (4070 °C), HfC (4160 °C) utt. Parasti vielām ar augstu Tmelt raksturo augstākas Qmelt vērtības. Kristāliskajās vielās esošie piemaisījumi samazina to kušanas temperatūru. To praksē izmanto, lai ražotu sakausējumus ar zemu kušanas temperatūru (skat., piemēram, Wood’s sakausējumu ar kušanas temperatūru = 68 °C) un dzesēšanas maisījumus.
P. sākas, kad kristāliskā viela sasniedz Tm. No procesa sākuma līdz tā pabeigšanai vielas temperatūra paliek nemainīga un vienāda ar Tkausējumu, neskatoties uz siltuma nodošanu vielai (2. att.). Sildiet kristālu līdz T > Tmel iekšā normāli apstākļi neizdodas (sk. Pārkaršana), savukārt kristalizācijas laikā salīdzinoši viegli tiek panākta ievērojama kausējuma pārdzesēšana.
Tmel atkarības raksturu no spiediena p nosaka tilpuma izmaiņu virziens (DVmel) pie P. (sk. Klepeirona-Klausiusa vienādojumu). Vairumā gadījumu vielu izdalīšanās ir saistīta ar to apjoma palielināšanos (parasti par vairākiem procentiem). Ja tas notiek, tad spiediena palielināšanās noved pie Tkausējuma palielināšanās (3. att.). Tomēr dažām vielām (ūdens, virkne metālu un metālu, sk. 1. att.) P laikā notiek tilpuma samazināšanās. Šo vielu P. temperatūra samazinās, palielinoties spiedienam.
P. pavada vielas fizikālo īpašību izmaiņas: entropijas palielināšanās, kas atspoguļo nekārtību vielas kristāliskajā struktūrā; siltuma jaudas palielināšana, elektriskā pretestība[izņemot dažus pusmetālus (Bi, Sb) un pusvadītājus (Ge), kuriem šķidrā stāvoklī ir augstāka elektrovadītspēja]. Bīdes pretestība P. laikā samazinās līdz gandrīz nullei (šķērsvirziena bīdes pretestība nevar izplatīties kausējumā elastīgie viļņi, sk. Šķidrums), samazinās skaņas izplatīšanās ātrums (garenviļņi) utt.
Saskaņā ar molekulārās kinētikas koncepcijām P. tiek veikta šādi. Kad kristāliskajam ķermenim tiek piegādāts siltums, tā atomu vibrācijas enerģija (oscilācijas amplitūda) palielinās, kas izraisa ķermeņa temperatūras paaugstināšanos un veicina ķermeņa veidošanos. dažāda veida defekti (neaizpildīti kristāla režģa mezgli - vakances; režģa periodiskuma pārkāpumi ar atomiem, kas iegulti starp tā mezgliem utt., sk. Kristālu defekti). Molekulārajos kristālos var rasties daļēja molekulāro asu savstarpējās orientācijas traucējumi, ja molekulām nav sfēriskas formas. Pakāpenisks defektu skaita pieaugums un to saistība raksturo priekškausēšanas stadiju. Kad tiek sasniegts Tm, kristālā veidojas kritiska defektu koncentrācija, un sākas paralīze — kristāla režģis sadalās viegli pārvietojamos submikroskopiskos apgabalos. P. laikā pievadītais siltums tiek izmantots nevis ķermeņa sildīšanai, bet gan starpatomu saišu pārraušanai un tāldarbības kārtības iznīcināšanai kristālos (skat. Liela attāluma secība un mazā diapazona kārtība). Pašos submikroskopiskajos apgabalos īsa diapazona secība atomu izkārtojumā transformācijas laikā būtiski nemainās (kausējuma koordinācijas numurs pie Tm vairumā gadījumu paliek tāds pats kā kristālam). Tas izskaidro zemākās saplūšanas siltuma vērtības Qpl salīdzinājumā ar iztvaikošanas siltumu un relatīvi nelielām vairāku vielu fizikālo īpašību izmaiņām to iztvaikošanas laikā.
Process P. lugas svarīga loma dabā (sniega un ledus ražošana uz Zemes virsmas, minerālu ražošana tās dzīlēs u.c.) un tehnoloģijā (metālu un sakausējumu ražošana, liešana veidnēs u.c.).
Īpatnējais saplūšanas siltums
Īpatnējais saplūšanas siltums (arī: saplūšanas entalpija; eksistē arī līdzvērtīgs jēdziens īpatnējais kristalizācijas siltums) - siltuma daudzums, kas jāpiešķir vienai kristāliskas vielas masas vienībai līdzsvara izobāri-izotermiskā procesā, lai to sasniegtu. pārnes to no cieta (kristāliska) stāvokļa uz šķidrumu (tāds pats siltuma daudzums izdalās vielas kristalizācijas laikā). Sapludināšanas siltums - īpašs gadījums pirmās kārtas fāzes pārejas siltums. Izšķir īpatnējo saplūšanas siltumu (J/kg) un molāro siltumu (J/mol).
Īpatnējais kausēšanas siltums ir norādīts ar burtu (grieķu burts lambda) Formula īpatnējā saplūšanas siltuma aprēķināšanai ir:
kur ir īpatnējais kausēšanas siltums, ir siltuma daudzums, ko viela saņem kušanas laikā (vai izdalās kristalizācijas laikā), ir kūstošās (kristalizējošās) vielas masa.
Metālu kausēšana
Kausējot metālus, jāievēro vispārzināmi noteikumi. Pieņemsim, ka viņi gatavojas kausēt svinu un cinku. Svins ātri izkusīs, tā kušanas temperatūra ir 327°; cinks saglabāsies ciets ilgu laiku, jo tā kušanas temperatūra ir virs 419°. Kas notiek ar svinu ar šādu pārkaršanu? Tas sāks pārklāties ar varavīksnes krāsas plēvi, un pēc tam tā virsma tiks paslēpta zem nekustoša pulvera slāņa. Svins sadega no pārkaršanas un oksidējās, savienojoties ar skābekli gaisā. Šis process, kā zināms, notiek parastā temperatūrā, bet sildot tas notiek daudz ātrāk. Tādējādi līdz brīdim, kad cinks sāks kust, svina metāla būs palicis ļoti maz. Sakausējums izrādīsies pavisam citādāks nekā paredzēts, un liels daudzums svina tiks zaudēts atkritumu veidā. Skaidrs, ka ugunsizturīgākais cinks vispirms jāizkausē un tad tam jāpievieno svins. Tas pats notiks, ja cinku sakausēsit ar varu vai misiņu, vispirms karsējot cinku. Kamēr varš izkusīs, cinks sadegs. Tas nozīmē, ka vispirms vienmēr ir jāizkausē metāls ar augstāku kušanas temperatūru.
Bet tas vien nevar izvairīties no reibuma. Ja pareizi uzkarsētu sakausējumu ilgstoši tur ugunī, izgarojumu rezultātā uz šķidrā metāla virsmas atkal veidojas plēve. Ir skaidrs, ka kausējamāks metāls atkal pārvērtīsies oksīdā un sakausējuma sastāvs mainīsies; Tas nozīmē, ka metālu nevar bez vajadzības ilgstoši pārkarsēt. Tāpēc viņi visos iespējamos veidos cenšas samazināt metāla atkritumus, ievietojot to kompaktā masā; sīkus gabaliņus, zāģu skaidas, skaidas vispirms “iepako”, vairāk vai mazāk vienāda izmēra gabaliņus izkausē, karsē pietiekamā temperatūrā un pasargā metāla virsmu no saskares ar gaisu. Šim nolūkam meistars var ņemt boraks vai vienkārši pārklāt metāla virsmu ar pelnu kārtu, kas vienmēr peldēs augšpusē (pateicoties mazākajai īpaša gravitāte) un nesāpēs, lejot metālu. Metālam sastingstot, rodas cita parādība, kas droši vien pazīstama arī jaunajiem amatniekiem. Metālam sacietējot, tā apjoms samazinās, un šis samazinājums notiek metāla iekšējo, vēl nesacietējušo daļiņu dēļ. Uz lējuma virsmas vai tā iekšpusē veidojas vairāk vai mazāk ievērojams piltuves formas iedobums, tā sauktais saraušanās dobums. Parasti veidni izgatavo tā, lai tajās lējuma vietās veidojas saraušanās dobumi, kas pēc tam tiek noņemti, cenšoties maksimāli aizsargāt pašu izstrādājumu. Ir skaidrs, ka saraušanās dobumi sabojā lējumu un dažkārt var padarīt to nelietojamu. Pēc kausēšanas metāls tiek nedaudz pārkarsēts, lai tas būtu plānāks un karstāks un līdz ar to labāk aizpildītu veidnes detaļas un priekšlaicīgi nesasaltu no saskares ar aukstāku veidni.
Tā kā sakausējumu kušanas temperatūra parasti ir zemāka par ugunsizturīgāko metālu kušanas temperatūru, kas veido sakausējumu, dažreiz ir izdevīgi rīkoties pretēji: vispirms izkausē vieglāk kūstošo metālu un pēc tam ugunsizturīgāko. Tomēr tas ir pieļaujams tikai tiem metāliem, kas neoksidējas daudz, vai arī tad, ja šie metāli ir aizsargāti no pārmērīgas oksidēšanās. Jāņem vairāk metāla, nekā nepieciešams pašai lietai, lai tas aizpildītu ne tikai veidni, bet arī sprauslas kanālu. Ir skaidrs, ka vispirms ir jāaprēķina nepieciešamais metāla daudzums.
Ūdens kušanas un viršanas temperatūra
Apbrīnojamākā un dzīvajai dabai labvēlīgākā ūdens īpašība ir tā spēja būt šķidram “normālos” apstākļos. Ūdenim ļoti līdzīgu savienojumu molekulas (piemēram, H2S vai H2Se molekulas) ir daudz smagākas, bet tādos pašos apstākļos veido gāzi. Tādējādi ūdens it kā ir pretrunā ar periodiskās tabulas likumiem, kas, kā zināms, paredz, kad, kur un kādas vielu īpašības būs tuvas. Mūsu gadījumā no tabulas izriet, ka elementu (sauktu par hidrīdiem) ūdeņraža savienojumu īpašībām, kas atrodas tajās pašās vertikālajās kolonnās, vajadzētu mainīties monotoni, palielinoties atomu masai. Skābeklis ir šīs tabulas sestās grupas elements. Tajā pašā grupā ir sērs S (ar atommasu 32), selēns Se (ar atommasu 79), telūrs Te (ar atommasu 128) un polonijs Po (ar atommasu 209). Līdz ar to šo elementu hidrīdu īpašībām vajadzētu monotoni mainīties, pārejot no smagajiem elementiem uz vieglākiem, t.i. secībā H2Po → H2Te → H2Se → H2S → H2O. Kas arī notiek, bet tikai ar pirmajiem četriem hidrīdiem. Piemēram, viršanas un kušanas temperatūra palielinās, palielinoties elementu atomu svaram. Attēlā krustiņi norāda šo hidrīdu viršanas punktus, un apļi norāda kušanas punktus.
Kā redzams, atomu svaram samazinoties, temperatūras samazinās pilnīgi lineāri. Hidrīdu šķidrās fāzes eksistences reģions kļūst arvien “aukstāks”, un, ja skābekļa hidrīds H2O būtu parasts savienojums, līdzīgs tā kaimiņiem sestajā grupā, tad šķidrais ūdens pastāvētu diapazonā no -80 ° C līdz -95 ° C. Pie vairāk augstas temperatūras H2O vienmēr būtu gāze. Par laimi mums un visai dzīvībai uz Zemes, ūdens ir anomāls; tas neatpazīst periodiskus modeļus, bet ievēro savus likumus.
Tas izskaidrojams pavisam vienkārši – lielākā daļa ūdens molekulu ir savienotas ar ūdeņraža saitēm. Tieši šīs saites atšķir ūdeni no šķidrajiem hidrīdiem H2S, H2Se un H2Te. Ja tās nebūtu, ūdens jau vārītos mīnus 95 °C temperatūrā. Ūdeņraža saišu enerģija ir diezgan augsta, un tās var pārraut tikai daudz augstākā temperatūrā. Pat gāzveida stāvoklī liels skaits H2O molekulu saglabā ūdeņraža saites, apvienojoties, veidojot (H2O)2 dimērus. Ūdeņraža saites pilnībā izzūd tikai pie ūdens tvaika temperatūras 600 °C.
Atcerieties, ka vārīšanās notiek tad, kad verdošā šķidrumā veidojas tvaika burbuļi. Pie normāla spiediena tīrs ūdens vārās 100 "C. Ja caur brīvo virsmu tiek piegādāts siltums, virsmas iztvaikošanas process tiks paātrināts, bet vārīšanai raksturīgā tilpuma iztvaikošana nenotiek. Vārīšanos var panākt arī pazeminot ārējo spiedienu, jo šajā gadījumā tvaika spiediens ir vienāds ar ārējo spiedienu , tiek sasniegts zemākā temperatūrā.Augšpusē ir ļoti augsts kalns spiediens un attiecīgi viršanas temperatūra pazeminās tik ļoti, ka ūdens kļūst nederīgs ēdiena pagatavošanai - netiek sasniegta vajadzīgā ūdens temperatūra. Kad pietiek augsts asinsspiediensŪdeni var uzsildīt pietiekami, lai izkausētu svinu (327°C) un joprojām nevārītos.
Papildus ārkārtīgi augstajai kušanas viršanas temperatūrai (un pēdējam procesam ir nepieciešams kausēšanas siltums, kas ir pārāk augsts tik vienkāršam šķidrumam), ūdens eksistences diapazons ir anomāls — simts grādu, par kuriem šīs temperatūras atšķiras, ir diezgan liels diapazons tik zemas molekulmasas šķidrumam kā ūdens. Hipotermijas un ūdens pārkaršanas pieļaujamo vērtību robežas ir neparasti lielas - rūpīgi karsējot vai atdzesējot, ūdens paliek šķidrs no -40 °C līdz +200 °C. Tas paplašina temperatūras diapazonu, kurā ūdens var palikt šķidrs, līdz 240 °C.
Sildot ledu, tā temperatūra vispirms paaugstinās, bet no brīža, kad veidojas ūdens un ledus maisījums, temperatūra paliks nemainīga, līdz viss ledus būs izkusis. Tas izskaidrojams ar to, ka kūstošajam ledus piegādātais siltums galvenokārt tiek tērēts tikai kristālu iznīcināšanai. Kūstošā ledus temperatūra paliek nemainīga, līdz visi kristāli tiek iznīcināti (skatīt latento saplūšanas siltumu).
Kūst
Kausējums ir vielu šķidrs kausēts stāvoklis temperatūrā noteiktās robežās, kas atrodas tālu no kritiskā kušanas punkta un atrodas tuvāk kušanas temperatūrai. Kausējumu raksturu pēc būtības nosaka elementu ķīmisko saišu veids izkausētajā vielā.
Atrodas kausējumi plašs pielietojums metalurģijā, stikla ražošanā un citās tehnoloģiju jomās. Parasti kausējumiem ir sarežģīts sastāvs, un tie satur dažādas mijiedarbīgas sastāvdaļas (sk. fāzes diagrammu).
Ir kausējumi
1.Metāls (Metāli (nosaukums cēlies no latīņu metalum - raktuves, raktuves) - elementu grupa ar raksturīgām metāliskās īpašības piemēram, augsta siltuma un elektriskā vadītspēja, pozitīvs temperatūras pretestības koeficients, augsta elastība un metāla spīdums);
2. Jonu (Jons (sengrieķu ἰόν — iet) — monoatomiska vai poliatomiska elektriski lādēta daļiņa, kas veidojas atoma vai molekulas viena vai vairāku elektronu zaudēšanas vai palielināšanas rezultātā. Jonizācija (jonu veidošanās process) var rodas augstā temperatūrā, ietekmē elektriskais lauks);
3. Pusvadītāji ar kovalentām saitēm starp atomiem (Pusvadītāji ir materiāli, kas savā īpatnējā vadītspējā ieņem starpvietu starp vadītājiem un dielektriķiem un atšķiras no vadītājiem ar īpatnējās vadītspējas spēcīgo atkarību no piemaisījumu koncentrācijas, temperatūras un dažādi veidi starojums. Šo materiālu galvenā īpašība ir elektriskās vadītspējas palielināšanās, palielinoties temperatūrai);
4.Organiskās kūstošās vielas ar van der Vālsa saitēm;
5. Augsts polimērs (polimēri (grieķu πολύ- — daudz; μέρος — daļa) — neorganiskas un organiskas, amorfas un kristāliskas vielas, kas iegūtas atkārtoti atkārtojot dažādas grupas atomi, ko sauc par "monomēru vienībām", kas savienoti garās makromolekulās ar ķīmiskām vai koordinācijas saitēm)
Kūst pēc veida ķīmiskie savienojumi tur ir:
1. Sāls;
2.Oksīds;
3. Oksīds-silikāts (izdedži) utt.
Kūst ar īpašām īpašībām:
1.Eutektika
Interesanti fakti par kausēšanu
Ledus graudi un zvaigznes.
Ienes gabaliņu tīrs ledus ieejiet siltā telpā un vērojiet, kā tas kūst. Diezgan ātri kļūst skaidrs, ka ledus, kas šķita monolīts un viendabīgs, sadalās daudzos mazos graudos - atsevišķos kristālos. Ledus tilpumā tie atrodas haotiski. Tikpat interesantu attēlu var redzēt, kad ledus kūst no virsmas.
Pienesiet pie lampas gludu ledus gabalu un pagaidiet, līdz tas sāk kust. Kad kušana sasniedz iekšējos graudus, sāks parādīties ļoti smalki raksti. Ar spēcīgu palielināmo stiklu var redzēt, ka tiem ir sešstūrainu sniegpārslu forma. Patiesībā tās ir atkausētas ieplakas, kas piepildītas ar ūdeni. To staru forma un virziens atbilst ledus monokristālu orientācijai. Šos modeļus sauc par “Tindeilas zvaigznēm” par godu angļu fiziķim, kurš tos atklāja un aprakstīja 1855. gadā. "Tindala zvaigznes", kas izskatās kā sniegpārslas, patiesībā ir apmēram 1,5 mm lielas ieplakas uz izkusuša ledus virsmas, kas piepildītas ar ūdeni. To centrā ir redzami gaisa burbuļi, kas radušies izkusušā ledus un kausētā ūdens tilpuma atšķirību dēļ.
VAI TU ZINĀJI?
Ir metāls, tā sauktais Vuda sakausējums, ko var viegli izkausēt pat siltā ūdenī (+68 grādi pēc Celsija). Tātad, maisot cukuru glāzē, no šī sakausējuma izgatavota metāla karote izkusīs ātrāk nekā cukurs!
Ugunsizturīgākā viela, tantala karbīds TaC0-88, kūst 3990°C temperatūrā.
1987. gadā vācu pētniekiem izdevās pārdzesēt ūdeni līdz -700C temperatūrai, saglabājot to šķidrā stāvoklī.
Dažkārt, lai sniegs uz ietvēm ātrāk nokustu, tās tiek kaisītas ar sāli. Ledus kušana notiek tāpēc, ka veidojas sāls šķīdums ūdenī, kura sasalšanas temperatūra ir zemāka par gaisa temperatūru. Risinājums vienkārši izplūst no ietves.
Interesanti, ka uz slapja seguma pēdas kļūst vēsākas, jo sāls un ūdens šķīduma temperatūra ir zemāka par tīra sniega temperatūru.
Ja tēju no tējkannas ielej divās krūzēs: ar cukuru un bez cukura, tad krūzē ar cukuru tēja būs vēsāka, jo enerģija tiek patērēta arī cukura izšķīdināšanai (tā kristāliskā režģa iznīcināšanai).
Spēcīgā salnā slidotava tiek laistīta, lai atjaunotu ledus gludumu. karsts ūdens.. Karsts ūdens kūst plānas augšējais slānis ledus, tik ātri nesasalst, ir laiks izplatīties, un ledus virsma izrādās ļoti gluda.
Secinājums (secinājumi)
Kušana ir vielas pāreja no cietas uz šķidru stāvokli.
Sildot, paaugstinās vielas temperatūra, palielinās daļiņu termiskās kustības ātrums, savukārt palielinās ķermeņa iekšējā enerģija.
Kad cietas vielas temperatūra sasniedz kušanas temperatūru, cietās vielas kristāliskais režģis sāk sabrukt. Tādējādi galvenā sildītāja enerģijas daļa, kas tiek novadīta uz cieto ķermeni, tiek novirzīta, lai samazinātu saites starp vielas daļiņām, t.i., lai iznīcinātu kristāla režģi. Tajā pašā laikā palielinās daļiņu mijiedarbības enerģija.
Izkausētajai vielai ir liela rezerve iekšējā enerģija nekā cietā stāvoklī. Atlikušo saplūšanas siltuma daļu tērē, veicot darbu, lai mainītu ķermeņa tilpumu tā kušanas laikā.
Kušanas laikā vairumam kristālisko ķermeņu tilpums palielinās (par 3-6%), un, sacietējot, tas samazinās. Bet ir vielas, kuru tilpums kausējot samazinās, un, sacietējot, tas palielinās. Tajos ietilpst, piemēram, ūdens un čuguns, silīcijs un daži citi. . Tāpēc ledus peld pa ūdens virsmu, bet cietais čuguns peld savā kausējumā.
Cietās vielas, ko sauc par amorfiem (dzintars, sveķi, stikls), nav noteiktas kušanas temperatūras.
Siltuma daudzums, kas nepieciešams vielas izkausēšanai, ir vienāds ar īpatnējā kausēšanas siltuma un vielas masas reizinājumu.
Īpatnējais kausēšanas siltums parāda, cik daudz siltuma ir nepieciešams, lai 1 kg vielas pilnībā pārveidotu no cietas uz šķidrumu, ņemot vērā kušanas ātrumu.
Īpatnējā kausēšanas siltuma SI vienība ir 1J/kg.
Kušanas procesā kristāla temperatūra paliek nemainīga. Šo temperatūru sauc par kušanas temperatūru. Katrai vielai ir savs kušanas punkts.
Dotās vielas kušanas temperatūra ir atkarīga no atmosfēras spiediena.
Izmantotās literatūras saraksts
1) Dati no elektroniskās bezmaksas enciklopēdijas "Wikpedia"
http://ru.wikipedia.org/wiki/Main_page
2) Vietne “Forša fizika zinātkārajiem” http://class-fizika.narod.ru/8_11.htm
3) vietne " Fizikālās īpašībasūdens"
http://all-about-water.ru/boiling-temperature.php
4) vietne “Metāli un konstrukcijas”
http://metaloconstruction.ru/osnovy-plavleniya-metallov/
