Как изменится масса льда при плавлении

Молекулярная физика. Плавление и кристаллизация.

Переход вещества из твердого кристаллического состояния в жидкое называется плавлением. Чтобы расплавить твердое кристаллическое тело, его нужно нагреть до определенной температуры, т. е. подвести тепло. Температура, при которой вещество плавится, называется температурой плавления вещества.

Обратный процесс — переход из жидкого состояния в твердое — происходит при понижении температуры, т. е. тепло отводится. Переход вещества из жидкого состояния в твердое называется отвердеванием, или кристал лизацией. Температура, при которой вещество кристаллизуется, называется температурой кристалли зации.

Опыт показывает, что любое вещество кристаллизуется и плавится при одной и той же температуре.

На рисунке представлен график зависимости температуры кристаллического тела (льда) от времени нагревания (от точки А до точки D) и времени охлаждения (от точки D до точки K). На нем по горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной — температура.

Из графика видно, что наблюдение за процессом началось с момента, когда температура льда была -40 °С, или, как принято говорить, температура в начальный момент времени t_нач = -40 °С (точка А на графике). При дальнейшем нагревании температура льда растет (на графике это участок АВ). Увеличение температуры происходит до 0 °С — температуры плавления льда. При 0°С лед начинает плавиться, а его температура перестает расти. В течение всего времени плавления (т.е. пока весь лед не расплавится) температура льда не меняется, хотя горелка продолжает го­реть и тепло, следовательно, подводится. Процессу плавления соответствует горизонтальный учас­ток графика ВС. Только после того как весь лед расплавится и превратится в воду, температура снова начинает подниматься (участок CD). После того, как температура воды достигнет +40 °С, горелку гасят и воду начинают охлаждать, т. е. тепло отводят (для этого можно сосуд с водой по­местить в другой, больший сосуд со льдом). Температура воды начинает снижаться (участок DE). При достижении температуры 0 °С температура воды перестает снижаться, несмотря на то, что тепло по-прежнему отводится. Это идет процесс кристаллизации воды — образования льда (гори­зонтальный участок EF). Пока вся вода не превратится в лед, температура не изменится. Лишь после этого начинает уменьшаться температура льда (участок FK).

Вид рассмотренного графика объясняется следующим образом. На участке АВ благодаря подводимому теплу средняя кинетическая энергия молекул льда увеличивается, и температура его повышается. На участке ВС вся энергия, получаемая содержимым колбы, тратится на разрушение кристаллической решетки льда: упорядоченное пространственное расположение его молекул сменяется неупорядоченным, меняется расстояние между молекулами, т.е. происходит перестройка молекул таким образом, что вещество становится жидким. Средняя кинетическая энергия моле­кул при этом не меняется, поэтому неизменной остается и температура. Дальнейшее увеличение температуры расплавленного льда-воды (на участке CD) означает увеличение кинетической энер­гии молекул воды вследствие подводимого горелкой тепла.

При охлаждении воды (участок DE) часть энергии у нее отбирается, молекулы воды движутся с меньшими скоростями, их средняя кинетическая энергия падает — температура уменьшается, вода охлаждается. При 0°С (горизонтальный участок EF) молекулы начинают выстраиваться в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку. Пока этот процесс не завершится, температура вещества не изменится, несмотря на отводимое тепло, а это означает, что при отвер­девании жидкость (вода) выделяет энергию. Это как раз та энергия, которую поглотил лед, пре­вращаясь в жидкость (участок ВС). Внутренняя энергия у жидкости больше, чем у твердого тела. При плавлении (и кристаллизации) внутренняя энергия тела меняется скачком.

Металлы, плавящиеся при температуре выше 1650 ºС, называют тугоплавкими (титан, хром, молибден и др.). Самая высокая температура плавления среди них у вольфрама — около 3400 °С. Тугоплавкие металлы и их соединения используют в качестве жаропрочных материалов в самолетостроении, ракетостроении и космической технике, атомной энергетике.

Подчеркнем еще раз, что при плавлении вещество поглощает энергию. При кристаллизации оно, наоборот, отдает ее в окружающую среду. Получая определенное количество теплоты, выделяющееся при кристаллизации, среда нагревается. Это хорошо известно многим птицам. Неда­ром их можно заметить зимой в морозную погоду сидящими на льду, который покрывает реки и озера. Из-за выделения энергии при образовании льда воздух над ним оказывается на несколько градусов теплее, чем в лесу на деревьях, и птицы этим пользуются.

Плавление аморфных веществ .

Наличие определенной точки плавления — это важный признак кристаллических веществ. Именно по этому признаку их можно легко отличить от аморфных тел, которые также относят к твердым телам. К ним, в частности, относятся стекла, очень вязкие смолы, пластмассы.

Аморфные вещества (в отличие от кристаллических) не имеют определенной температуры плавления — они не плавятся, а размягчаются. При нагревании кусок стекла, например, снача­ла становится из твердого мягким, его легко можно гнуть или растягивать; при более высокой температуре кусок начинает менять свою форму под действием собственной тяжести. По мере нагревания густая вязкая масса принимает форму того сосуда, в котором лежит. Эта масса сначала густая, как мед, затем — как сметана и, наконец, становится почти такой же маловязкой жидкостью, как вода. Однако указать определенную температуру перехода твердого тела в жидкое здесь невозможно, поскольку ее нет.

Причины этого лежат в коренном отличии строения аморфных тел от строения кристаллических. Атомы в аморфных телах расположены беспорядочно. Аморфные тела по своему строению напоминают жидкости. Уже в твердом стекле атомы расположены беспорядочно. Значит, повы­шение температуры стекла лишь увеличивает размах колебаний его молекул, дает им постепенно все большую и большую свободу перемещения. Поэтому стекло размягчается постепенно и не обнаруживает резкого перехода «твердое—жидкое», характерного для перехода от расположения молекул в строгом порядке к беспорядочному.

Теплота плавления .

Теплота плавления — это количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу при постоянном давлении и постоянной температуре, равной температуре плавления, чтобы полностью перевести его из твердого кристаллического состояния в жидкое. Теплота плавления равна тому количеству теплоты, которое выделяется при кристалли­зации вещества из жидкого состояния. При плавлении вся подводимая к веществу теплота идет на увеличение потенциальной энер­гии его молекул. Кинетическая энергия не меняется, поскольку плавление идет при постоянной температуре.

Изучая на опыте плавление различных веществ одной и той же массы, можно заметить, что для превращения их в жидкость требуется разное количество теплоты. Например, для того чтобы расплавить один килограмм льда, нужно затратить 332 Дж энергии, а для того чтобы расплавить 1 кг свинца — 25 кДж.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние, называется удельной теплотой плавления.

Удельную теплоту плавления измеряют в джоулях на килограмм (Дж/кг) и обозначают греческой буквой λ (лямбда).

Удельная теплота кристаллизации равна удельной теплоте плавления, поскольку при кристаллизации выделяется такое же количество теплоты, какое поглощается при плавлении. Так, например, при замерзании воды массой 1 кг выделяются те же 332 Дж энергии, которые нужны для превращения такой же массы льда в воду.

Чтобы найти количество теплоты, необходимое для плавления кристаллического тела произвольной массы, или теплоту плавления, надо удельную теплоту плавления этого тела умножить на его массу:

Количество теплоты, выделяемое телом, считается отрицательным. Поэтому при расчете количества теплоты, выделяющегося при кристаллизации вещества массой m, следует пользоваться той же формулой, но со знаком «минус»:

Теплота сгорания .

Теплота сгорания (или теплотворная способность, калорийность) — это количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива.

Для нагревания тел часто используют энергию, выделяющуюся при сгорании топлива. Обыч­ное топливо (уголь, нефть, бензин) содержит углерод. При горении атомы углерода соединяются с атомами кислорода, содержащегося в воздухе, в результате чего образуются молекулы углекислого газа. Кинетическая энергия этих молекул оказывается большей, чем у исходных частиц. Увеличение кинетической энергии молекул в процессе горения называют выделением энергии. Энергия, выделяющаяся при полном сгорании топлива, и есть теплота сгорания этого топлива.

Теплота сгорания топлива зависит от вида топлива и его массы. Чем больше масса топлива, тем больше количество теплоты, выделяющейся при его полном сгорании.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива. Удельную теплоту сгорания обозначают буквой q и измеряют в джоулях на килограмм (Дж/кг).

Количество теплоты Q, выделяющееся при сгорании m кг топлива, определяют по формуле:

Чтобы найти количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании топлива произвольной массы, нужно удельную теплоту сгорания этого топлива умножить на его массу.

Источник

Как изменится масса льда при плавлении

1. жидкость сходна с газом тем что как и газ при небольших воздействиях не сохраняет форму
1) сохраняет форму
2) сохраняет обьем
3) не сохраняет форму
4) не сохраняет обьем

2. Энергия при конденсации пара выделяется вследствие
1) уменьшение температуры
2) уменьшение кинетической энергии молекул
3) совершения работы
4) теплопередачи

3. Лед при температуре 0 градусов внесли в тёплое помещение. Температура льда до того, как он растает.
1) не изменится, так как вся энергия, получаемая льдом в это время, расходуется на разрушение кристалической решётки
2) не изменится, так как при плавлении лёд получает тепло от окружающей среды, а затем отдаёт его обратно
3) повысится, так как лёд получает тепло от окружающей среды, значит, его внутренняя энергия растёт, и температура льда повышается.
4) понизится, так как при плавлении лёд отдаёт окружающей среде некоторое количество теплоты

4. Удельная теплота парообразования спирта 0.9 МДж/кг. Это значит, что при температуре кипения спирта
1) для кипения 2 кг спирта потребуется 0.18 МДж теплоты
2) для кипения 200 г спирта потребуется 180 МДж теплоты
3) для кипения 2 кг спирта потребуется 0.45 МДж теплоты
4) для кипения 200 г спирта потребуется 0.18 МДж теплоты

5. Как изменится удельная теплота плавления при уменьшении массы тела в 2 раза
1) увеличится в 2 раза
2) уменьшится в 2 раза
3) не изменится
4) может увеличится, может уменьшится

6. Какой участк графика показывает конденсацию воды?
1) 2-3
2) 4-5
3) 7-8
4. 9-10

7. При температуре 232 градуса вещество будет в двух агрегатных состояниях какое? (водород, олово или свинец)

8. При плавлении 1 кг вещества поглощает наименьшее количество теплоты (водород, свинец или олово)

9. Какое количество теплоты выделится при отвердевании 2 кг воды, взятой при температуре 10 градусов

10. Какое количество теплоты потребуется для обращения в пар 100 г эфира, взятого при температуре 5 градусов

11. Железная заготовка, охлаждаясь от температуры 800 градусов до 0 градусов растопила лёд массой 3 кг, взятый при 0 градусов. Какова масса заготовки, если вся энергия, выделенная ею, пошла на плавление льда

1. 1)
2. 3)
3. 3)
4. 1)
5. 2)
6. 3)
7. 2)
8. А 2 Б 3 В- 1

Источник

Как изменится масса льда при плавлении

Одному килограмму воды, находящейся в твёрдом состоянии при температуре 0 °C, сообщают количество теплоты 330 кДж. Как в результате этого изменяются следующие физические величины: температура воды, объём воды, внутренняя энергия воды? (Удельная теплота плавления льда 3,3·10 5 Дж/кг).

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

А) температура воды

В) внутренняя энергия воды

3) не изменится

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА	ЕЁ ИЗМЕНЕНИЕ

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

При передаче телу тепла его внутренняя энергия возрастает (В — 1). Пусть — теплота плавления воды. Найдём массу расплавившейся воды:

То есть вся вода перейдёт в жидкое состояние, но на повышение температуры энергии не останется (А — 3). Плотность льда меньше плотности воды, поэтому при плавлении объём воды уменьшится (Б — 2).

Так как температура при плавлении льда остается постоянной, t=0°C, то внутренняя энергия системы лед-вода должна оставаться постоянной, так как ΔU=(3/2)*ƲRΔT. Следовательно ответ должен быть не 321, а 323

— формула только для идеального газа. Она не применима к жидкостям и твёрдым телам и тем более к фазовым переходам.

Источник

Физика 8 класс Перышкин

Ребят у кого есть ответы на вопросы в конце 15 параграфа
как объяснить процесс плавления тела на основе учения о строении вещества.
На что расходуется энергия топлива при плавлении кристаллического тела нагретого до температуры плавления?
Что называется удельной теплотой плавления?
как объяснить процесс отвердевания на основе учения о строении вещества?
Как вычисляют количество теплоты необходимое для плавления кристаллического тела, взятого при температуре плавления?
Как вычислить кол-во теплоты, выделяющиееся при кристаллизации тела, иимеющего температуру плавления?

1 При нагревании кристаллического вещества возрастает средняя скорость движения молекул, значит и средняя кинетическая энергия и температура, увеличивается размах колебаний молекул (или атомов). Когда достигается температура плавления вещества, нарушается порядок расположения частиц в кристаллах, кристаллы теряют форму, ве­щество плавится, переходя из твердого состояния в жидкое.
2 Энергия топлива при плавлении кристаллического тела тратится на разрушение кристалла.
3. Удельной теплотой плавления называется физическая величина, показывающая какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое со­стояние.
4. При отвердевании вещества средняя кинетическая энергия и скорость молекул в охлажденном расплавленном веществе уменьшаются. Силы притяжения уже могут удерживать медленно движущиеся молекулы друг около друга — расположение частиц становится упорядоченным — образуется кристалл. Выделяющаяся при кристаллизации энергия расходуется на поддержание постоянной температуры.
5.Чтобы вычислить количество теплоты Q, необходимое для плавления кристаллического тела, взятого при его температуре плавления и нормальном атмосферном давлении, нужно удельную теплоту плавления λ умножить на массу тела тm: Q = λ*m.
6. Чтобы вычислить количество теплоты Q, выделяющееся при кристаллизации тела, ·имеюще­го температуру плавления, надо удельную теплоту плавления λумножить на массу тела m: Q = λ * m.

УПРАЖНЕНИЕ
1Температура плавления у первого тела (I) заметно выше, чем у второго (II), поскольку горизонтальный участок графика у первого тела расположен выше чем у второго. Удельная теплота плавления больше у второго тела, т. к. оба тела имеют одинаковую массу, а горизонтальный участок графика, демонстрирующий время плавления длиннее у второго тела, значит и удельная теплота плавления у него больше, чем у первого. Удельная теплоемкость тел на предложенном графике отражает скорость изменения температуры, а значит угол наклона графиков на соответ­ствующих участках, углы различны, следовательно и удельные теплоемкости этих тел разные.
2. Чтобы продолжился процесс плавления тающего льда при О℃, необходимо дополнительно ввести количество теплоты Q, однако при одина­ковой температуре льда и помещения невозможно поступление дополнительного количества теплоты ко льду, и следовательно в указанном помещении лед таять не будет.
3.Процесс будет зависеть от температуры вокруг ведра с водой и льдом, если она больше нуля — лед начнет таять, если отрицательная, то вода начнет замерзать.

Источник