7. Pencairan dan penghabluran (§ 12-14)
1. Kaji bahan pendidikan
Keadaan agregat jirim
Pencairan dan penghabluran
2. Uji diri anda. Menguji "Keadaan agregat jirim", "Lebur dan pemejalan"
3. Jawab soalan:
1. Bagaimanakah kelajuan molekul dan jurang di antaranya berubah semasa proses pencairan dan pemejalan? Proses yang manakah disertai dengan peningkatan dan yang manakah dengan penurunan tenaga dalaman badan?
2. Apakah yang berlaku kepada ais pada suhu sifar jika ia diletakkan di dalam air dengan suhu yang sama?
3. Apakah yang akan menurunkan suhu air suam lebih banyak: sekeping ais atau jumlah air yang sama pada suhu sifar?
4. Menggunakan jadual "Takat Lebur", ketahui: dalam keadaan manakah timah pada suhu 230°C; keluli pada suhu 1503°C; nitrogen pada suhu - 215°C?
5. Dengan menggunakan graf, jawab soalan:
Apakah suhu badan awal?
- Pada masa yang manakah proses mencairkan badan bermula?
- Apakah bahan yang menyebabkan proses haba berlaku?
- apakah keadaan badan dalam 3 minit selepas permulaan pemanasan?
- Berapa lama masa yang diambil untuk badan cair?
- apakah keadaan badan dalam 8 minit selepas permulaan pemanasan?
6. Bina graf proses haba yang berlaku dalam badan:
air: 80°C —› - 10°C
Jika ais diletakkan di dalam bekas dan diletakkan di atas penunu yang terbakar, bekas itu akan menjadi panas dan ais akan mula mencair. Walau bagaimanapun, sehingga semua ais cair, suhu air tidak akan meningkat melebihi 0°C (32°F), tidak kira betapa panasnya dapur itu. Ini berlaku kerana fakta bahawa semua haba yang dibekalkan kepada ais digunakan untuk mengatasi daya fizikal yang mengikat molekulnya bersama-sama.
Dalam ais, molekul air disatukan oleh ikatan antara molekul yang terbentuk antara atom hidrogen (ditunjukkan dalam warna biru) satu molekul dan atom oksigen (ditunjukkan dalam warna merah) yang lain. Struktur kristal heksagon yang terhasil mempunyai kekuatan yang agak tinggi. Pada 0°C, molekul bergerak dengan pantas sehingga ikatan menjadi lemah. Beberapa ikatan antara molekul terputus, membolehkan molekul air meninggalkan ais untuk membentuk cecair. Proses ini dipanggil peralihan fasa (air berubah daripada pepejal kepada fasa cecair), dan suhu di mana ia berlaku dipanggil takat lebur.
Untuk memecahkan ikatan yang membolehkan air kekal dalam keadaan pepejal, tenaga diperlukan, dan dalam kuantiti yang sangat besar, jadi semua haba yang dihasilkan oleh pembakar pergi untuk memecahkan ikatan ini, dan bukan untuk meningkatkan suhu ais. Haba yang diperlukan untuk melengkapkan transformasi fasa yang diterangkan di atas dipanggil haba pendam pelakuran atau haba perubahan fasa, kerana haba ini tidak menyebabkan peningkatan suhu. Hanya selepas ikatan terakhir dipecahkan dan semua ais telah cair, suhu air akan mula meningkat dan menjadi melebihi 0°C.
Bagaimanakah ais mencair?
- Dalam ais, molekul air bergerak dengan perlahan sehingga sentiasa kekal bersambung antara satu sama lain, membentuk pepejal. Apabila haba digunakan pada ais (ditunjukkan sebagai bola kuning dalam gambar di sebelah kanan), molekul air mendapat tenaga tambahan dan bergerak lebih cepat, tetapi masih terikat bersama sebagai ais.
- Jika bekalan haba berterusan, molekul air di permukaan ais meningkatkan kelajuan pergerakan getarannya, memecahkan ikatan antara molekul yang sebelum ini menahannya. Molekul-molekul ini meninggalkan ais dan membentuk fasa cecair air. Bekalan haba selanjutnya membawa kepada pemusnahan ikatan antara molekul yang tinggal dan pencairan ais secara beransur-ansur.
- Penambahan haba yang berterusan akhirnya memberikan molekul air beku terakhir tenaga yang cukup untuk mengatasi ikatan antara molekul yang mengikatnya sebagai ais. Semua air kini telah menjadi cair.
Ais, air dan suhu
Apabila haba dibekalkan kepada ais (rajah di sebelah kiri), suhunya mula-mula meningkat. Walau bagaimanapun, pada 0°C (32°F), peningkatan suhu berhenti dan peralihan fasa berlaku: ais mula mencair. Seperti yang ditunjukkan oleh lengkung biru pada graf, input haba tambahan membawa kepada pencairan selanjutnya ais tanpa meningkatkan suhu air. Hanya selepas semua ais berubah menjadi keadaan cair (angka di atas teks) bekalan haba tambahan membawa kepada peningkatan suhu air.
Peralihan bahan daripada keadaan hablur pepejal kepada cecair dipanggil lebur. Untuk mencairkan badan kristal pepejal, ia mesti dipanaskan pada suhu tertentu, iaitu, haba mesti dibekalkan.Suhu di mana bahan cair dipanggiltakat lebur bahan.
Proses terbalik—peralihan daripada cecair kepada keadaan pepejal—berlaku apabila suhu berkurangan, iaitu haba dikeluarkan. Peralihan bahan daripada cecair kepada keadaan pepejal dipanggilpengerasan , atau kristalperlaksanaan . Suhu di mana bahan menghablur dipanggilsuhu kristaltions .
Pengalaman menunjukkan bahawa sebarang bahan menghablur dan cair pada suhu yang sama.
Rajah menunjukkan graf suhu badan hablur (ais) berbanding masa pemanasan (dari titik A to the point D) dan masa penyejukan (dari titik D to the point K). Ia menunjukkan masa sepanjang paksi mendatar, dan suhu sepanjang paksi menegak.
Graf menunjukkan bahawa pemerhatian proses bermula dari saat suhu ais adalah -40 °C, atau, seperti yang mereka katakan, suhu pada saat awal masa. tpermulaan= -40 °C (titik A pada graf). Dengan pemanasan selanjutnya, suhu ais meningkat (pada graf ini adalah bahagian AB). Suhu meningkat kepada 0 °C - suhu lebur ais. Pada 0°C, ais mula mencair dan suhunya berhenti meningkat. Semasa keseluruhan masa lebur (iaitu sehingga semua ais cair), suhu ais tidak berubah, walaupun penunu terus terbakar dan oleh itu, haba dibekalkan. Proses lebur sepadan dengan bahagian mendatar graf matahari . Hanya selepas semua ais cair dan berubah menjadi air, suhu mula naik semula (bahagian CD). Selepas suhu air mencapai +40 °C, pembakar dipadamkan dan air mula sejuk, iaitu, haba dikeluarkan (untuk melakukan ini, anda boleh meletakkan bekas dengan air di dalam bekas lain yang lebih besar dengan ais). Suhu air mula menurun (bahagian DE). Apabila suhu mencapai 0 °C, suhu air berhenti menurun, walaupun pada hakikatnya haba masih dikeluarkan. Ini adalah proses penghabluran air - pembentukan ais (bahagian mendatar EF). Sehingga semua air bertukar menjadi ais, suhu tidak akan berubah. Hanya selepas ini suhu ais mula menurun (bahagian FK).
Kemunculan graf yang dipertimbangkan dijelaskan seperti berikut. Lokasi dihidupkan AB Disebabkan oleh haba yang dibekalkan, tenaga kinetik purata molekul ais meningkat, dan suhunya meningkat. Lokasi dihidupkan matahari semua tenaga yang diterima oleh kandungan kelalang dibelanjakan untuk pemusnahan kekisi kristal ais: susunan spatial tersusun bagi molekulnya digantikan dengan yang tidak teratur, jarak antara molekul berubah, i.e. Molekul-molekul disusun semula sedemikian rupa sehingga bahan menjadi cair. Purata tenaga kinetik molekul tidak berubah, jadi suhu kekal tidak berubah. Peningkatan selanjutnya dalam suhu air ais cair (di kawasan CD) bermaksud peningkatan tenaga kinetik molekul air disebabkan oleh haba yang dibekalkan oleh penunu.
Apabila menyejukkan air (bahagian DE) sebahagian daripada tenaga diambil daripadanya, molekul air bergerak pada kelajuan yang lebih rendah, tenaga kinetik purata mereka menurun - suhu berkurangan, air menjadi sejuk. Pada 0°C (bahagian mendatar EF) molekul mula berbaris dalam susunan tertentu, membentuk kekisi kristal. Sehingga proses ini selesai, suhu bahan tidak akan berubah, walaupun haba dikeluarkan, yang bermaksud apabila pejal, cecair (air) membebaskan tenaga. Ini betul-betul tenaga yang diserap oleh ais, bertukar menjadi cecair (bahagian matahari). Tenaga dalaman cecair lebih besar daripada pepejal. Semasa lebur (dan penghabluran), tenaga dalaman badan berubah secara mendadak.
Logam yang cair pada suhu melebihi 1650 ºС dipanggil refraktori(titanium, kromium, molibdenum, dll.). Tungsten mempunyai takat lebur tertinggi di antara mereka - kira-kira 3400 ° C. Logam refraktori dan sebatiannya digunakan sebagai bahan tahan haba dalam pembinaan pesawat, teknologi roket dan angkasa lepas, dan tenaga nuklear.
Mari kita tekankan sekali lagi bahawa apabila lebur, bahan menyerap tenaga. Semasa penghabluran, sebaliknya, ia melepaskannya ke persekitaran. Menerima sejumlah haba yang dibebaskan semasa penghabluran, medium menjadi panas. Ini diketahui oleh banyak burung. Tidak hairanlah mereka boleh dilihat pada musim sejuk dalam cuaca sejuk duduk di atas ais yang menutupi sungai dan tasik. Disebabkan oleh pembebasan tenaga apabila ais terbentuk, udara di atasnya beberapa darjah lebih panas daripada di pokok di dalam hutan, dan burung mengambil kesempatan daripada ini.
Pencairan bahan amorf.
Ketersediaan yang tertentu takat lebur- Ini adalah ciri penting bahan kristal. Ia adalah dengan ciri ini bahawa mereka boleh dengan mudah dibezakan daripada badan amorf, yang juga dikelaskan sebagai pepejal. Ini termasuk, khususnya, kaca, resin yang sangat likat, dan plastik.
Bahan amorfus(tidak seperti kristal) tidak mempunyai takat lebur tertentu - ia tidak cair, tetapi melembutkan. Apabila dipanaskan, sekeping kaca, sebagai contoh, mula-mula menjadi lembut daripada keras, ia boleh dengan mudah dibengkokkan atau diregangkan; pada suhu yang lebih tinggi, kepingan itu mula berubah bentuknya di bawah pengaruh gravitinya sendiri. Apabila ia menjadi panas, jisim likat yang tebal mengambil bentuk bekas di mana ia terletak. Jisim ini mula-mula tebal, seperti madu, kemudian seperti krim masam, dan akhirnya menjadi cecair kelikatan rendah yang hampir sama dengan air. Walau bagaimanapun, adalah mustahil untuk menunjukkan suhu tertentu peralihan pepejal kepada cecair di sini, kerana ia tidak wujud.
Sebab-sebab ini terletak pada perbezaan asas dalam struktur badan amorf daripada struktur kristal. Atom dalam jasad amorfus disusun secara rawak. Badan amorf menyerupai cecair dalam strukturnya. Sudah dalam kaca pepejal, atom disusun secara rawak. Ini bermakna bahawa meningkatkan suhu kaca hanya meningkatkan julat getaran molekulnya, memberikan mereka secara beransur-ansur kebebasan pergerakan yang lebih besar dan lebih besar. Oleh itu, kaca melembutkan secara beransur-ansur dan tidak menunjukkan peralihan "pepejal-cecair" yang tajam, ciri peralihan daripada susunan molekul dalam susunan yang ketat kepada yang tidak teratur.
Haba pelakuran.
Haba Lebur- ini ialah jumlah haba yang mesti disalurkan kepada bahan pada tekanan malar dan suhu malar sama dengan takat lebur untuk mengubahnya sepenuhnya daripada keadaan hablur pepejal kepada cecair. Haba pelakuran adalah sama dengan jumlah haba yang dibebaskan semasa penghabluran bahan daripada keadaan cecair. Semasa lebur, semua haba yang dibekalkan kepada bahan pergi untuk meningkatkan tenaga keupayaan molekulnya. Tenaga kinetik tidak berubah sejak lebur berlaku pada suhu malar.
Dengan mengkaji secara eksperimen peleburan pelbagai bahan dengan jisim yang sama, seseorang dapat melihat bahawa jumlah haba yang berbeza diperlukan untuk mengubahnya menjadi cecair. Sebagai contoh, untuk mencairkan satu kilogram ais, anda perlu membelanjakan 332 J tenaga, dan untuk mencairkan 1 kg plumbum - 25 kJ.
Jumlah haba yang dikeluarkan oleh badan dianggap negatif. Oleh itu, apabila mengira jumlah haba yang dibebaskan semasa penghabluran bahan dengan jisim m, anda harus menggunakan formula yang sama, tetapi dengan tanda tolak:
Haba pembakaran.
Haba pembakaran(atau nilai kalori, kandungan kalori) ialah jumlah haba yang dibebaskan semasa pembakaran bahan api sepenuhnya.
Untuk memanaskan badan, tenaga yang dikeluarkan semasa pembakaran bahan api sering digunakan. Bahan api konvensional (arang batu, minyak, petrol) mengandungi karbon. Semasa pembakaran, atom karbon bergabung dengan atom oksigen di udara untuk membentuk molekul karbon dioksida. Tenaga kinetik molekul ini ternyata lebih besar daripada zarah asal. Peningkatan tenaga kinetik molekul semasa pembakaran dipanggil pembebasan tenaga. Tenaga yang dikeluarkan semasa pembakaran bahan api sepenuhnya adalah haba pembakaran bahan api ini.
Haba pembakaran bahan api bergantung kepada jenis bahan api dan jisimnya. Semakin besar jisim bahan api, semakin besar jumlah haba yang dibebaskan semasa pembakaran lengkapnya.
Kuantiti fizik yang menunjukkan berapa banyak haba yang dibebaskan semasa pembakaran lengkap bahan api seberat 1 kg dipanggil haba tentu pembakaran bahan api.Haba tentu pembakaran ditentukan oleh hurufqdan diukur dalam joule per kilogram (J/kg).
Kuantiti haba Q dilepaskan semasa pembakaran m kg bahan api ditentukan oleh formula:
Untuk mencari jumlah haba yang dibebaskan semasa pembakaran lengkap bahan api dengan jisim sewenang-wenangnya, haba tentu pembakaran bahan api ini mesti didarab dengan jisimnya.
Kerja bebas dalam fizik Keadaan agregat jirim Pencairan dan pemejalan jasad kristal untuk pelajar gred 8. Kerja bebas terdiri daripada 2 pilihan, setiap satu dengan 5 tugas.
1 pilihan
1. Bagaimanakah kelajuan molekul dan ruang di antaranya berubah semasa proses peleburan dan pemejalan? Proses yang manakah disertai dengan peningkatan dan yang manakah dengan penurunan tenaga dalaman?
2. Apakah yang berlaku kepada ais pada suhu sifar jika ia diletakkan di dalam air dengan suhu yang sama?
3. Apakah yang akan menurunkan suhu air suam lebih banyak: sekeping ais atau jumlah air yang sama pada suhu sifar?
4. Pada musim gugur, air ditinggalkan di dalam paip, dan pada musim bunga ternyata paip telah pecah. kenapa?
5. Kadang-kadang cip dan bintang muncul di cermin depan kereta. Sebabnya ialah kesan batu dari kereta di hadapan. Mengapakah kecacatan kaca ini perlu dihapuskan sebelum fros pertama?
Pilihan 2
1. Timah dipindahkan dari satu keadaan pengagregatan ke keadaan yang lain. Adakah ia menjadi pepejal atau cair jika diketahui telah meningkatkan tenaga dalamannya?
2. Dalam kes apakah air akan menjadi panas kepada suhu yang lebih tinggi: jika tin cecair dituang ke dalamnya pada suhu pemejalan atau tin pepejal dibuang ke dalamnya pada suhu lebur?
3. Mengapakah bekas besar dengan air diletakkan di dalam bilik bawah tanah menyelamatkan sayur-sayuran dari fros pertama?
4. Kadang-kadang botol air tertinggal di dalam peti sejuk beku. kenapa?
5. Di mana dan bilakah ais terbentuk?
Jawapan kepada kerja bebas dalam fizik Keadaan agregat jirim Pencairan dan pemejalan jasad kristal
1 pilihan
1. Apabila lebur, kelajuan molekul meningkat; Apabila lebur, tenaga dalaman meningkat, dan apabila pejal, ia berkurangan.
2. Ais pasti akan terapung di dalam air, kerana ketumpatan ais kurang daripada ketumpatan air, tetapi ais pasti tidak akan cair, kerana ia tidak akan menerima haba untuk mencairkan daripada air, kerana pertukaran haba pada suhu yang sama adalah mustahil.
3. Sekeping ais, kerana, sebagai tambahan kepada pemanasan, beberapa haba akan dibelanjakan untuk mencairkan ais.
4. Apabila air membeku, ia mengembang.
5. Kerana air akan masuk ke dalam cip ini dan apabila membeku, isipadu ais akan lebih besar daripada isipadu air dan ais akan terus memusnahkan kaca, meningkatkan cip dan saiz retak.
Pilihan 2
1. Ia cair kerana ia meningkatkan tenaga dalaman. Dan pengerasan dicirikan oleh fakta bahawa ia membebaskan tenaga ini.
2. Jika anda menuang tin cecair pada suhu pemejalan.
3. Jika berlaku sejuk tiba-tiba, air akan membeku. Apabila air membeku, sedikit haba dibebaskan.
4. Apabila membeku, isipadu air bertambah.
5. Ais terbentuk apabila air dari tempat yang suhunya melebihi beku mengalir perlahan-lahan ke tempat yang suhunya di bawah sifar. Contohnya: matahari memanaskan bumbung dan salji mencair di atasnya.
