Căldura latentă a fusi; n
Pe această pagină, sunt descrise două experiențe care ne permit să determinăm căldurile latente de fuziune a apei:
Gheața plutește pe apă, densitatea gheții este mai mică decât densitatea apei. Acest fapt ne permite să proiectăm un experiment pentru a măsura căldura de fuziune a apei.
Al doilea experiment este procedura amestecurilor, similară cu cea utilizată pentru a determina căldura specifică a unui solid
Schimbări de stare
În mod normal, o substanță suferă o schimbare de temperatură atunci când absoarbe sau transferă căldura în mediul înconjurător. Cu toate acestea, atunci când o substanță schimbă faza, aceasta absoarbe sau renunță la căldură fără o modificare a temperaturii. Căldura Q necesară pentru o masă m dintr-o anumită substanță pentru a schimba faza este egală cu
unde L se numește căldura latentă a substanței și depinde de tipul de schimbare de fază.
De exemplu, pentru ca apa să treacă dintr-un solid (gheață) în lichid, la 0 ° C aveți nevoie de 334 · 10 3 J/kg. Pentru a trece de la lichid la vapori la 100 ° C, sunt necesare 2260 · 10 3 J/kg.
Tabelul următor oferă date referitoare la modificările de stare ale unor substanțe.
| Apa cu gheata) | 0 | 334 | 100 | 2260 |
| Alcool etilic | -114 | 105 | 78.3 | 846 |
| Acetonă | -94.3 | 96 | 56.2 | 524 |
| Benzen | 5.5 | 127 | 80.2 | 396 |
| Aluminiu | 658,7 | 322-394 | 2300 | 9220 |
| Staniu | 231,9 | 59 | 2270 | 3020 |
| Fier | 1530 | 293 | 3050 | 6300 |
| Cupru | 1083 | 214 | 2360 | 5410 |
| Mercur | -38.9 | 11,73 | 356,7 | 285 |
| Conduce | 327.3 | 22.5 | 1750 | 880 |
| Potasiu | 64 | 60,8 | 760 | 2080 |
| Sodiu | 98 | 113 | 883 | 4220 |
Sursă: Koshkin N. I., Shirkevich M. G . Manual de fizică elementară, Edt. Mir (1975) pp. 74-75.
Schimbările de stare pot fi explicate calitativ după cum urmează:
Într-un solid atomii și moleculele ocupă pozițiile fixe ale nodurilor unei rețele de cristal. Un solid are un volum fix și o anumită formă în absența forțelor externe.
Atomii și moleculele vibrează, în jurul pozițiilor lor de echilibru stabil, cu amplitudine crescândă pe măsură ce temperatura crește. Vine un moment în care depășesc forțele de atracție care mențin atomii în pozițiile lor fixe și solidul se transformă în lichid. Atomii și moleculele sunt încă ținute împreună de forțe de atracție, dar se pot mișca unul față de celălalt, ceea ce face ca lichidele să se adapteze la recipientul care le conține, dar să mențină un volum constant.
Când temperatura crește și mai mult, forțele de atracție care țin atomii și moleculele din lichid împreună sunt depășite. Moleculele sunt departe una de cealaltă, se pot deplasa în jurul containerului care le conține și interacționează doar atunci când sunt foarte aproape una de cealaltă, în momentul în care se ciocnesc. Un gaz ia forma containerului care îl conține și tinde să ocupe întregul volum disponibil.
Un exemplu clasic în care sunt utilizate conceptele de căldură specifică și căldură latentă este următorul:
Determinați căldura care trebuie furnizată pentru a transforma 1 g de gheață la -20 ° C în abur la 100 ° C. Datele sunt după cum urmează:
- Căldura specifică a gheaței ch = 2090 J/(kg K)
- Căldura de fuziune a gheții Lf = 334 10 3 J/kg
- Căldura specifică a apei c = 4180 J/(kg K)
- Căldura de vaporizare a apei Lv = 2260 10 3 J/kg
Etape:
-
Temperatura 1g de gheață este crescută de la -20ºC (253 K) la 0ºC (273 K)
Gheața se topește
Temperatura apei este crescută de la 0º C (273 K) la 100 ºC (373 K)
1 g de apă la 100 ° C este transformat în abur la aceeași temperatură
Dacă avem o sursă de căldură care furnizează energie la o rată constantă de q J/s putem calcula durata fiecărei etape
Cifra, care nu a fost scalată, arată cum crește temperatura pe măsură ce se adaugă căldură în sistem. Vaporizarea apei necesită o cantitate mare de căldură așa cum putem vedea în grafic și în calculele făcute în exemplu.
| 0 | -douăzeci |
| 41,8 | 0 |
| 375,8 | 0 |
| 793,8 | 100 |
| 3053,8 | 100 |