1. Агрегатні стани речовини
Залежно від умов одна й та сама речовина може перебувати в різних станах, наприклад у твердому, рідкому або газоподібному.
Наочним прикладом цього служить лід, вода й водяна пара. Ці стани називають агрегатними станами.
Ми уже знаємо, що молекули однієї й тієї самої речовини у твердому, рідкому й газоподібному стані нічим не відрізняються одна від одної. Той або інший агрегатний стан речовини визначається розташуванням, характером руху й взаємодії молекул.
Тепловий рух молекул характеризується їх середньою кінетичною енергією. Вона, як відомо, визначає температуру тіл.
Взаємодія молекул характеризується потенціальною енергією.
Вона залежить від відстані між молекулами.
У твердих кристалічних тілах молекули розташовані в певному порядку й можуть лише здійснювати коливальний рух біля положення рівноваги.
У рідинах молекули розташовані безладно, хоча й близько одна від одної. Рух молекул у рідині — коливально-поступальний.
Молекули рухаються й взаємодіють одночасно, отже, вони володіють і кінетичною й потенціальною енергією. Відтак, те, чи бути тілу твердим, рідким або газоподібним, залежить від співвідношення обох видів енергії. А зміна цього співвідношення й призводить до переходу речовини з одного стану в інший.
2. Процес плавлення й кристалізації твердих тіл
Передаючи тілу енергію, можна перевести його із твердого стану в рідкий (наприклад, розплавити лід).
ØПерехід речовини із кристалічного стану в рідкий називають плавленням.
Щоб розплавити тіло, потрібно спочатку нагріти його до певної температури.
ØТемпературу, за якої речовина плавиться, називають температурою плавлення.
Після демонстрації дослідів з плавлення й тверднення кристалічних тіл учні повинні твердо засвоїти три такі положення:
• існує температура, вище від якої речовина у твердому стані не може перебувати;
• температура під час плавлення залишається постійною;
• процес плавлення вимагає припливу енергії до речовини, що плавиться.
Погляньте на рисунок: температура й снігу, і підталої води залишається 0 °С. Так буде доти, поки не залишиться останній кристалик льоду, навіть якщо температура повітря стане +10 °С. Далі необхідно проаналізувати таблицю температур плавлення. З таблиці видно, у яких межах лежать температури плавлення різних речовин. Наприклад, тугоплавкі метали (вольфрам, титан) можуть застосовуватися для створення космічних кораблів, для виготовлення спіралей теплових електричних приладів, а цезій і натрій можна розплавити в гарячій воді.
Досліди показують, що речовини тверднуть за тієї ж температурі, за якої плавляться. Процес кристалізації супроводжується виділенням такої ж кількості теплоти, що поглинається при плавленні.
• Перехід речовини з рідкого стану в кристалічний називають кристалізацією, або твердненням.
• Кристалізація відбувається за тієї ж температури, що й плавлення.
3. Питома теплота плавлення
Вся енергія, яку одержує кристалічне тіло після того, як воно вже нагріте до температури плавлення, витрачається на руйнування кристалічних решіток. У зв’язку із цим температура тіла перестає підвищуватися. Досліди показують, що для перетворення різних кристалічних речовин однієї й тієї ж маси в рідину при температурі плавлення потрібна різна кількість теплоти.
ØПитома теплота плавлення дорівнює кількості теплоти, яка необхідна для перетворення 1 кг речовини із твердого в рідкий стан при температурі плавлення.
Питому теплоту плавлення позначають λ і вимірюють у джоулях на кілограм (Дж/кг).
Необхідно ознайомити учнів з таблицею питомої теплоти плавлення деяких речовин. Наприклад, питома теплота плавлення міді дорівнює 210 кДж/кг. Це означає, що для того щоб розплавити 1 кг міді, узятої при температурі плавлення (1085 °С), необхідно затратити 210 кДж теплоти.
Щоб визначити кількість теплоти, необхідну для плавлення твердого тіла, треба питому теплоту плавлення λ помножити на масу тіла:
Q = λm.
Кількість теплоти, що виділяється при кристалізації тіла, визначається за тією ж формулою:
Q = λm.
В аморфних тіл, на відміну від кристалічних, немає певної температури плавлення: при нагріванні такі тіла розм’якшуються поступово.
Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу
? У яких агрегатних станах може перебувати та сама речовина?
? Які особливості молекулярної будови газів, рідин і твердих тіл?
? Який з металів, наведених у таблиці, найбільш легкоплавкий? найменш тугоплавкий?
? Які умови плавлення твердих тіл? Назвіть всі теплові процеси, які відбуваються при плавленні металу
в плавильній печі.
? Який фізичний зміст питомої теплоти плавлення?
? Скільки енергії потрібно затратити, щоб розплавити лід масою 2 кг при температурі 0 °C?
Закріплення вивченого матеріалу
1. Навчаємося розв’язувати задачі
1. Яку енергію необхідно затратити, щоб розплавити шматок свинцю масою m = 2кг, взятий при температурі t1 = 27 °C?
Розв’язок. Процес складається із двох етапів: на першому етапі свинець нагрівається до температури плавлення, на другому етапі плавиться. Q = Q1 + Q2; або інакше: 
, 
. Звідси остаточно одержуємо: 
Перевіряємо одиниці величин: 
Обчислюємо необхідну для плавлення енергію: 
Відповідь: 126 кДж.
2. Скільки міді, що має температуру 85 °C, можна розплавити, передавши їй кількість теплоти 295 кДж?
3. У калориметрі знаходиться вода масою 2 кг, температура якої 30 °C. У калориметр поміщають лід при температурі 0 °C. Якою могла бути маса льоду, якщо він весь розтанув? (Відповідь: 
кг.)
2. Поміркуй і відповідай
1. Чи буде плавитися чавунна деталь, кинута в розплавлену мідь?
2. Чи можна в алюмінієвій посудині розплавити цинк? Відповідь обґрунтуйте.
3. Чи може внутрішня енергія тіла змінитися без зміни температури? Наведіть приклади, що підтверджують вашу відповідь.
4. Яке тіло має більшу внутрішню енергію: шматок льоду при температурі 0 °C або вода, яку отримали із цього шматка, що має температуру 0 °C?
5. Узимку на балконі лежить мідна пластинка й крижинка такої ж маси. Питома теплота плавлення в міді значно менше, ніж у льоду. Чи означає це, що для плавлення мідної пластинки в цьому випадку буде потрібно менше енергії, ніж для плавлення крижинки?
Домашнє завдання-1
1. У-1: § 26.
2. Сб-1:
рів1 — № 29.2, 29.3, 29.4, 29.11, 28.13.
Source: https://fizmat.7mile.net/fizika-8/plavlennya-j-kristalizatsiya-tverdikh-til.html
Немає коментарів:
Дописати коментар