Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

25. Молекулярная физика Читать 0 мин

25. Молекулярная физика Читать 0 мин.

С течением времени в любом теле или системе тел устанавливается тепловое равновесие ― равенство температур. Если два тела с равными температурами находятся в контакте, между ними не будет происходить обмен тепловой энергией. Если в контакте находятся горячее и холодное тело ― то более нагретое тело будет отдавать энергию, остывая, а более холодное ― получать тепловую энергию, нагреваясь. Процесс теплообмена будет проходить до тех пор, температура двух тел не станет одинаковой.

Пример теплообмена для системы из трех тел:

Горячее тело передает тепловую энергию холодному телу:

Тело с температурой 60°С горячее тела с температурой 20°С и передает ему тепло; тело с температурой 80°С передает тепло двум другим телам ― с температурами 60° и 20°С

Спустя некоторое время все три тела придут в состояние теплового равновесия: их температура станет одинаковой, а передача тепла от одного тела к другому прекратится.

Чем выше температура тела, тем выше скорость хаотического движения молекул тела. При нагревании тела кинетическая энергия движения его молекул увеличивается, т. к. кинетическая энергия молекулы прямо пропорциональна квадрату ее скорости.

Существуют четыре фазовых (агрегатных) состояния вещества: кристаллическое, аморфное, жидкое и газообразное. Вещество в аморфном состоянии внешне твердое, но его внутренняя структура такая же, как у жидкостей.

Кристаллические и аморфные тела сохраняют свою форму и объем, не сжимаются.

Жидкости сохраняют свой объем, но не сохраняют форму, практически не сжимаются.

Газы занимают весь предоставленный объем. Газы сжимаются за счет того, что расстояние между молекулами газа намного превышает размеры самих молекул.

Структура кристаллических тел обладает дальним порядком ― расположение молекул повторяется практически без изменения на расстояниях, превышающих размеры молекул.

Структура аморфных тел и жидкостей обладает ближним порядком ― расположение повторяется только на расстояниях, соизмеримых с размерами молекулы.

Молекулы газов не связаны друг с другом и порядком расположения молекул не обладают.

Чем выше температура ― тем с большей скоростью колеблются молекулы твердых тел и жидкостей относительно места своего положения. При повышении температуры газов увеличивается скорость свободно перемещающихся в объеме молекул.

Так как у всех молекул скорость движения разная, некоторые молекулы жидкости оказываются достаточно быстрыми, чтобы преодолеть притяжение всех других молекул и вылететь за пределы поверхности жидкости ― из-за вылета молекул происходит постепенно испарение жидкости из открытого сосуда.

Фазовые переходы ― это переходы вещества из одного агрегатного состояния в другое.

Плавление ― переход тела из кристаллического агрегатного состояния в жидкое. При этом вся подводимая тепловая энергия, как только твердое тело нагрето до температуры плавления, тратится на разрыв кристаллической решетки. Потенциальная энергия молекул вещества увеличивается, а кинетическая остается постоянной. Во время плавления не смотря на подвод тепла температура тела остается неизменной.

Читайте так же:
Какое электроотопление выбрать для частного дома

Кристаллизация ― переход тела из жидкого агрегатного состояния в кристаллическое. Это процесс, обратный процессу плавления, он начинается, когда температура тела опускается до точки кристаллизации (численно она равна точке плавления). Во время кристаллизации тепловая энергия телом выделяется, а потенциальная энергия молекул вещества уменьшается за счет того, что образуется кристаллическая решетка. Температура тела во время кристаллизации постоянна.

Кипение (парообразование) ― переход тела из жидкого агрегатного состояния в газообразное. Кипение начинается, как только температура тела достигла температуры кипения. После этого температура тела не увеличивается, а вся подводимая тепловая энергия расходуется на разрыв связей между молекулами жидкости и увеличение расстояния между ними. Во время кипения переход в газообразное состояние происходит во всем объеме кипящей жидкости.

Конденсация ― переход тела из газообразного агрегатного состояния в жидкое. Это процесс обратный кипению, он начинается, как только температура газа понизилась до точки кипения. Во время конденсации выделяется тепловая энергия, а потенциальная энергия молекул газа уменьшается за счет образования межмолекулярных связей. Температура во время процесса конденсации постоянна.

В некоторых случаях возможна сублимация ― переход сразу из твердого состояния тела в газообразное, и конденсация из газообразного состояния в твердое.

Внутренняя энергия вещества U состоит из кинетической энергии его молекул (или атомов) EK и потенциальной энергии их связей .

Кинетическая энергия вещества увеличивается во время нагревания, и уменьшается во время остывания. Потенциальная энергия вещества увеличивается во время плавления и кипения, и уменьшается во время кристаллизации и конденсации. Следовательно, внутренняя энергия вещества увеличивается во время его нагревания, плавления и кипения ― Q ˃ 0, и уменьшается во время остывания, кристаллизации и конденсации ― Q ˂ 0.

Процесс

Количество теплоты Q

Кинетическая энергия молекул EK

Потенциальная энергия связи между молекулами

Тест Агрегатные состояния вещества. Плавление и отвердевание кристаллических тел 8 класс

Тест Агрегатные состояния вещества. Плавление и отвердевание кристаллических тел 8 класс с ответами. Тест включает 18 заданий.

1. Агрегатное состояние вещества — это его пребывание в виде

1) твердого тела
2) жидкого тела
3) газообразного тела
4) какого-либо из этих трех тел

2. В каком агрегатном состоянии могут находиться железо и ртуть?

1) железо в твердом, ртуть в жидком
2) и железо, и ртуть в жидком
3) и железо, и ртуть в твердом
2) оба вещества могут находиться в любом агрегатном состоянии

Читайте так же:
Как подключить двигатель от стиральной машины автомат

3. От чего зависит, в каком именно агрегатном состоянии находится вещество?

1) от числа и состава молекул
2) от расположения, взаимодействия и движения молекул
3) от расположения и состава молекул
4) от взаимодействия и числа молекул

4. Что происходит с молекулами вещества при его переходе из одного агрегатного состояния в другое?

1) меняется состав молекул
2) изменяются форма и состав молекул
3) молекулы остаются прежними
4) молекулы приобретают другие размеры

5. Плавление — это

1) таяние снега или льда
2) разжижение вещества, когда оно получает теплоту
3) переход при получении веществом энергии из твердого со- стояния в жидкое

6. Температура, при которой вещество плавится, называется

1) температурой перехода в жидкое состояние
2) температурой плавления
3) температурой таяния

7. Температура плавления цинка 420 °С. В каком состоянии находится этот металл, если его температура 410 °С (№1)? 430 °С (№2)?

1) №1 — твердом, №2 — жидком
2) №1 — жидком, №2 — твердом
3) №1 и №2 — жидком
4) №1 и №2 — твердом

8. Отвердевание — это

1) отдача веществом энергии и превращение в другое вещество
2) переход вещества из жидкого состояния в твердое
3) замерзание воды

9. Как изменяется внутренняя энергия вещества при плавлении? При отвердевании?

1) при плавлении уменьшается, при отвердевании увеличивается
2) не изменяется
3) в том и другом случае возрастает
4) при плавлении увеличивается, при отвердевании уменьшается

10. Температура плавления стали 1500 °С. При какой температуре она отвердевает?

1) при температурах ниже 1500 °С
2) при 1500 °С
3) при температурах выше 1500 °С
4) при любой температуре, если отдает энергию

11. Из какого металла — алюминия, меди или стали — нужно изготовить плавильный сосуд, чтобы расплавить в нем свинец?

1) из алюминия
2) из меди
3) из стали
4) из любого названного

12. В сосуд с расплавленным алюминием упали цинковая и железная пластинки. Какая из них расплавится?

1) цинковая
2) железная
3) никакая
4) обе

13. В каком состоянии будут находиться ртуть и натрий при комнатной температуре (20 °С)?

1) в твердом
2) в жидком
3) ртуть — в жидком, натрий в твердом
4) ртуть в твердом, натрий в жидком

14. На рисунке изображен график нагревания и таяния снега и нагревания полученной из него воды. Какой участок графика соответствует таянию снега? Сколько примерно времени оно длилось? До какой температуры нагрелась вода за 5 мин?

Читайте так же:
Как научиться делать ножи

График к 14 заданию

1) ВС; 3,5 мин; 30 °С
2) ВС; 2 мин; 30 °С
3) АВ; 1,5 мин; 30 °С
4) ВС; 3,5 мин; 40 °С

15. Воду из комнаты с температурой 25 °С вынесли на 30-градусный мороз, где она превратилась в лед. График изменения ее температуры и льда показан на рисунке. Какой его участок соответствует отвердеванию воды? О чем свидетельствует участок DE?

График к заданию 15

1) ВС; о достижении льдом температуры окружающего воздуха и прекращении ее изменения
2) АВ; о выравнивании температур льда и воздуха
3) CD; о том, что температура льда стала равной 30 °С

16. Что происходит с температурой вещества во время его плавления?

1) она понижается
2) повышается
3) остается постоянной

17. Какой из приведенных графиков изменения температуры вещества соответствует процессу его отвердевания, какой нагреванию без перехода в другое агрегатное состояние?

Графики к 17 заданию

18. Какой участок изображенных здесь графиков №1 и №2 изменения температуры вещества соответствует его отвердеванию?

Графики к 18 заданию

Ответы на тест Агрегатные состояния вещества. Плавление и отвердевание кристаллических тел 8 класс
1-4
2-4
3-2
4-3
5-3
6-2
7-1
8-2
9-4
10-2
11-4
12-1
13-3
14-2
15-1
16-3
17-4
18-2

Удельная теплота плавления – формула, таблица единиц измерения для вещества

Плавлением в физике называют переход вещества из твердого состояния в жидкое. Классическими примерами процесса плавления являются таяние льда и превращение твердого куска олова в жидкий припой при нагревании паяльником. Передача телу определенного количества тепла приводит к изменению его агрегатного состояния.

Удельная теплота плавления – формула, таблица единиц измерения для вещества

Почему твердое становится жидким?

Нагревание твердого тела приводит к увеличению кинетической энергии атомов и молекул, которые при нормальной температуре находятся четко в узлах кристаллической решетки, что и позволяет телу сохранять постоянные форму и размеры. При достижении некоторых критических значений скоростей атомы и молекулы начинают покидать свои места, происходит разрыв связей, тело начинает терять свою форму — становится жидким. Процесс плавление происходит не резким скачком, а постепенно, так, что некоторое время твердая и жидкая компоненты (фазы) находятся в равновесии. Плавление относится к эндотермическим процессам, то есть к таким которые происходят с поглощением теплоты. Противоположный процесс, когда жидкость затвердевает называется кристаллизацией.

Удельная теплота плавления – формула, таблица единиц измерения для вещества

Рис. 1. Переход твердого, кристаллического, состояния вещества в жидкую фазу.

Было обнаружено, что до окончания процесса плавления температура не изменяется, хотя тепло все время поступает. Никакого противоречия здесь нет, так как поступающая энергия в этот период времени уходит на разрыв кристаллических связей решетки. После разрушения всех связей приток тепла будет повышать кинетическую энергию молекул, а следовательно, температура начнет расти.

Удельная теплота плавления – формула, таблица единиц измерения для вещества

Рис. 2. График зависимости температуры тела от времени нагрева.

Читайте так же:
Звонок для двери проводной

Определение удельной теплоты плавления

Удельной теплотой плавления (обозначение — греческая буква “лямбда” – λ ), называется физическая величина равная количеству тепла (в джоулях), которое необходимо передать твердому телу массой 1 кг, чтобы полностью перевести его в жидкую фазу. Формула удельной теплоты плавления выглядит так:

m — масса плавящегося вещества;

Q — количество тепла, переданное веществу при плавлении.

Значения для разных веществ определяют экспериментально.

Зная λ, можно вычислить количество тепла, которое необходимо сообщить телу массой m для его полного расплавления:

В каких единицах измеряется удельная теплота плавления

Удельная теплота плавления в СИ (Международная система ) измеряется в джоулях на килограмм, Дж/кг. Для некоторых задач применяется внесистемная единица измерения – килокалория на килограмм, ккал/кг. Напомним, что 1 ккал = 4,1868 Дж.

Удельная теплота плавления некоторых веществ

Информацию о значениях удельной теплоты для конкретного вещества можно найти в книжных справочниках или в электронных версиях на интернет-ресурсах. Обычно они приводятся в виде таблицы:

Температура плавления металла в градусах

Температура плавления

Металлы и многие другие материалы могут находиться в твердом или жидком состоянии. При воздействии определенной температуры кристаллическая решетка металла преобразуется, что приводит к повышению пластичности и снижению твердости. За счет подобной формы получают различные сплавы и литые изделия. Однако не всегда низкая температура плавления является положительным качеством материала. В некоторых случаях изготавливаемое изделие должно выдерживать нагрев при эксплуатации. Рассмотрим то, какой может быть температура плавления металла в градусах и от чего зависит подобный показатель.

Твердое и жидкое состояние металла

Какая температура плавления

Многие знакомы с металлами и сплавами по их твердому состоянию. Они встречаются практически во всех сферах деятельности. Только в металлургии и в производственных цехах металл встречается в жидком состоянии. Это связано с тем, что для преобразования кристаллической решетки приходится проводить нагрев сырья до рекордных температур.

Твердое состояние характеризуется следующими качествами:

  1. Структура держит свою форму. Сталь известна тем, что может выдерживать серьезную нагрузку в течение длительного периода.
  2. Каждому материалу свойственны свои показатели прочности и твердости, вязкости.
  3. Постоянный химический состав. Поверхность стали или других сплавов может реагировать на воздействие химических веществ, окисляться или покрываться коррозий, но вот химический состав остается неизменным.
  4. Возможность обработки резанием. При повышении пластичности не образуется стружка на момент механической обработки, что существенно усложняет процесс.

В жидком или вязком состоянии металл приобретает совсем другие свойства:

  1. Высокая пластичность позволяет выполнять литье по форме, ковку или проводить другую обработку, связанную с пластической деформацией заготовок.
  2. Есть возможность изменить химический состав путем добавления легирующих элементов. За счет подвижной кристаллической решетки можно проводить насыщение структуры стали хромом, никелем, титаном и многими другими веществами.
  3. Термическая обработка проводится также при температуре, которая приводит к перестроению кристаллической решетки. Однако при закалке металл сохраняет свою форму, то есть структура остается твердой.
Читайте так же:
Как согнуть трубу в домашних условиях видео

Существуют сплавы, которые можно разогреть до жидкого состояния и в домашних условиях. Примером можно назвать олово, применяемое при изготовлении припоя. Температура плавления олова находится в пределах 250 градусов Цельсия. Этот показатель нагрева можно достигнуть при применении обычного паяльника.

От чего может зависеть температура плавления

Для различных материалов температура, при которой происходит полное перестроение структуры до текучего состояния, разная. Если рассматривать сталь и различные сплавы, то отметим следующие зависимости:

  1. В чистом виде металлы встречаются довольно редко. Во многом показатель температуры кипения зависит от химического состава. Примером назовем олово, в которое могут добавлять цинки, серебро и другие элементы. Примеси могут делать материал более или менее устойчивым к нагреву.
  2. Существуют сплавы, которые из-за своего химического состава могут переходить в жидкое состояние при температуре выше 150 градусов Цельсия. Кроме этого, встречаются сплавы, структура которых может выдерживать нагрев до 3 000 градусов Цельсия и более. С учетом того, что при перестроении кристаллической решетки изменяются все физико-механические качества, а условия эксплуатации могут характеризоваться температурой нагрева, можно сказать: точка плавления металла — важное физическое свойство вещества. Примером можно назвать изготовление деталей для авиационного оборудования.

Термическая обработка, как правило, практически не изменяет устойчивость структуры к нагреву. Единственным способом повышения устойчивости к нагреву можно назвать изменение химического состава, для чего и проводится легирование стали.

Важность рассматриваемого показателя

Галлий - металл плавится в руке.

Температура плавления материалов учитывается практически во всех сферах их применения. Примером можно назвать то, что на момент рождения авиации не могли использовать обычный алюминий, так как он быстро нагревался из-за трения и терял свои линейные размеры. Появление дюралюминия существенно изменило мир авиации. После его открытия все дирижабли и самолеты стали изготавливать при обширном применении этого сплава.

Благодаря своим особым свойствам (небольшой вес, мягкость и ряд других), он нашел широкое применение

Нагреву подвергаются и многие другие ответственные детали различных механизмов. Примером назовем ведущие валы различных механизмов, звездочки и шестерни, которые из-за непосредственного контакта также теряют свою твердость, что приводит к повышенному износу.

Существует довольно большое количество справочников, в которых указывается температура плавления для всех металлов и иных сплавов. При рассмотрении этого показателя следует учитывать химический состав. Даже незначительное изменение концентрации одного из элементов приведет к повышению или понижению температуры перестроения кристаллической решетки.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector