microbik.ru
1
Билет № 9

1. Плавление и отвердевание кристаллических тел, объяснение на основе

представлений о дискретном строении вещества.
Вещества существуют в трех агрегатных состояниях: твердом (кристаллическом), жидком, газообразном. Рассмотрим два из них: кристаллическое и жидкое состояния, а так же процессы перехода из кристаллического в жидкое и наоборот.

Плавление – переход вещества из твердого состояния в жидкое.

Обратный процесс: кристаллизация – переход вещества из жидкого состояния в твердое.

Пример: плавление льда, кристаллизация воды.

Плавление и кристаллизация происходят при одинаковой, но индивидуальной для каждого вещества температуре:

tплавления=tкристаллизации

Процессы плавления и кристаллизации обратимы.

В процессе плавления/кристаллизации температура вещества не меняется.

Однако это не значит, что в процессе плавления к телу не надо подводить энергию. Следовательно, если подача энергии путем теплообмена прекращается, то прекращается и процесс плавления.



Рассмотрим график плавления/кристаллизации льда: лед, взятый при температуре -40 С нагревают до температуры плавления льда 0 С. Если и дальше продолжить нагревание (передачу тепла) льда, то его температура меняться не будет и начнется процесс плавления льда. Температура будет сохраняться неизменной до тех пор, пока весь лед не превратится в воду. Температура воды полученной из растаявшего льда будет так же равна 0 С, дальнейшая передача теплоты будет затрачиваться на нагревание воды. Если прекратить процесс передачи теплоты воде и начать охлаждать воду, то процессы повторятся с точность наоборот. Вода охладится до температуры кристаллизации 0 С и начнется процесс кристаллизации воды, при этом температуры смеси лед/вода не будет изменяться до тех пор, пока вся вода не кристаллизуется в лед.

Процесс кристаллизации сопровождается выделением такого же количества теплоты, которое было затрачено в процессе плавления твердого тела.

Qплавления=Qкристаллизации
Что же происходит на молекулярном уровне при нагревании/охлаждении вещества: энергия подводимая/отводимая к телу при нагревании приводит к увеличению/уменьшению температуры тела, а значит кинетическая энергия частиц из которых оно состоит – увеличивается/уменьшается, следовательно увеличивается/уменьшается и скорость (размах) колебания частиц в узлах кристаллический решетки. При этом потенциальная энергия частиц не изменяется, так как взаимное расположение молекул (агрегатное состояние вещества) не изменяется.
При достижении телом температуры плавления начинается процесс плавления: в ходе которого подводимая к телу теплота идет на разрушение связей между частицами вещества, и на участке ВС происходит разрушение кристаллической решетки твердого тела и увеличение потенциальной энергии молекул. На это расходуется вся подводимая теплота. Кинетическая энергия молекул при плавлении не меняется, так как скорость движения молекул не меняется, меняется лишь их взаимное расположение. Чем больше масса тела, тем больше теплоты требуется, чтобы его расплавить. В процессе плавления к телу подводится некоторое количество теплоты, которая называется теплотой плавления. Процесс отвердевания жидкости идет в обратном порядке. На участке кристаллизации формируется кристаллическая решетка и выделяется тепло. Это тепло называется теплотой кристаллизации.

Количество теплоты требующееся для плавления (выделяющееся при кристаллизации): пропорционально массе тела и зависит от рода вещества.

Q=m

где - удельная теплота плавления/кристаллизации (показывает, какое количество теплоты требуется для плавления тела массой 1 кг., взятого при температуре плавления), индивидуально для каждого вещества (табличная величина). []=Дж/кг.

m – масса тела. [m]=кг.