Теория:
Вещество вокруг нас редко остаётся в одном виде. Лёд весной тает, вода в чайнике превращается в пар, а туман по утрам становится каплями росы на траве. Эти превращения называются фазовыми переходами.
Фазовый переход — это переход термодинамической системы из одного агрегатного состояния (фазы) в другое.
Существуют фазовые переходы первого и второго рода.
Далее рассмотрим фазовые переходы первого рода. Их главная особенность в том, что они происходят при постоянной температуре и сопровождаются поглощением или выделением теплоты.
Далее рассмотрим фазовые переходы первого рода. Их главная особенность в том, что они происходят при постоянной температуре и сопровождаются поглощением или выделением теплоты.
Плавление и кристаллизация (отвердевание)
Плавление — переход вещества из твёрдого кристаллического состояния в жидкое. Чтобы разрушить кристаллическую решётку, нужно затратить энергию. Эта энергия идёт на увеличение потенциальной энергии молекул, поэтому температура тела во время плавления не растёт.
Кристаллизация — обратный процесс перехода из жидкости в твёрдое тело. При этом потенциальная энергия молекул уменьшается, и избыток энергии выделяется в окружающую среду.
Для характеристики процесса плавления вводится физическая величина «удельная теплота плавления», показывающая, как изменяется внутренняя энергия тела массой \(1\) кг при теплообмене.
Удельная теплота плавления обозначается \(λ\) (греч. буква лямбда).
Удельная теплота плавления обозначается \(λ\) (греч. буква лямбда).
Обрати внимание!
Единица измерения — \(1\) Дж/кг.
Определяют удельную теплоту плавления опытным путём.
Обрати внимание!
Чтобы рассчитать количество теплоты, необходимое для плавления кристаллического тела, нужно удельную теплоту плавления умножить на его массу:
\(Q=λ⋅m\).
\(Q=λ⋅m\).
\(λ=\frac{Q}{m}\) и \(m=\frac{Q}{λ}\).
Пример:
Замерзание воды в луже. Пока вся вода не превратится в лёд, температура смеси «лёд — вода» будет держаться на отметке \(0~°C\), несмотря на морозный воздух.
Возможен также непосредственный переход твёрдых тел в газообразное состояние. Такой процесс называется сублимацией (или возгонкой). Благодаря этому процессу высыхает замершее бельё на большом морозе. Без плавления переходит в газообразную фазу «сухой лёд» — твёрдая углекислота. Процесс сублимации, как и процесс плавления, сопровождается поглощением теплоты, поэтому сублимация специальных веществ используется для теплозащиты космических аппаратов, спускающихся с околоземной орбиты на Землю.
Переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние является примером фазового перехода второго рода. При этих переходах не происходит скачкообразного изменения плотности вещества, и они не сопровождаются выделением или поглощением теплоты