Удельная теплота плавления

На прошлых уроках мы с вами узнали, что процесс перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое, называется плавлением, а обратный процесс, т. е. переход вещества из жидкого состояния в твёрдое, кристаллизацией или отвердеванием.

Также мы выяснили, что в течение всего процесса плавления температура тела не изменяется. И только когда тело полностью расплавиться, его температура начнёт повышаться.

Однако во время всего процесса плавления вещество получает энергию от какого-либо нагревателя. А из закона сохранения энергии следует, что она не может просто так исчезнуть. Тогда возникает закономерный вопрос: «На что расходуется энергия топлива во время плавления вещества?»

Мы уже с вами знаем, что в кристаллических телах молекулы расположены в определённом строгом порядке. Однако даже в кристаллах молекулы совершают тепловое движение — колеблются около своих положений равновесия. Естественно, что при увеличении температуры тела, интенсивность этого колебания увеличивается, то есть происходит изменение характера и амплитуды колебаний частиц.

Как следствие, увеличивается и их средняя кинетическая энергия. А когда тело нагреется до температуры плавления, то начнёт нарушаться порядок в расположении молекул в кристаллической решётке. Кристаллы начинают разрушаться — вещество плавится. Значит, подводимая в этот момент теплота идёт на разрушение кристаллической упорядоченной структуры вещества.

Вы знаете, что различные кристаллические вещества имеют разное строение — разные кристаллические решётки.

Следовательно, чтобы её разрушить при температуре плавления, необходимо затратить разную энергию, то есть сообщить веществу разное количество теплоты.

Физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать твёрдому телу массой 1 кг при температуре плавления для перехода в жидкость, называется удельной теплотой плавления.

Обозначается удельная теплота плавления греческой буквой λ (лямбда).

Разные вещества имеют разную удельную теплоту плавления, значение которой определяют экспериментально:

Также различные эксперименты показали, что удельная теплота плавления равна удельной теплоте кристаллизации.

Из таблицы видно, что, например, удельная теплота плавления ртути равна 12 000 Дж/кг.  Это значит, что для перехода 1 кг ртути, имеющей температуру –39 ^оС, из твёрдого состояния в жидкое она должна поглотить 12 000 Дж теплоты. При обратном переходе столько же теплоты выделяет каждый килограмм ртути.

Также из таблицы видно, что лёд имеет сравнительно большую удельную теплоту плавления и кристаллизации. Это и объясняет затяжное таяние снега и льда озёр, рек и других водоёмов, что позволяет избежать больших паводков. А так как теплоту лёд поглощает из окружающей среды, то погода в это время, как правило, прохладная. И наоборот, при замерзании озёр, рек и других водоёмов выделяется большое количество энергии, что делает более тёплой позднюю осеннюю погоду.

Очевидно, что если известно количество теплоты, необходимое для плавления 1 кг ртути при температуре плавления, то для плавления 5 кг ртути нужно затратить количество теплоты в 5 раз больше, то есть 60 000 Дж.

Таким образом, чтобы вычислить количество теплоты необходимое для плавления вещества массой m взятого при температуре плавления, следует удельную теплоту плавления этого вещества умножить на его массу:

Q = λm

Эта же формула используется при вычислении количества теплоты, выделяющегося при кристаллизации жидкости.

Пример решения задачи.

Определите, какое количество теплоты поглощает лёд при 0 ^оС, если образовалось 5 кг воды?