Удельная теплота плавления

Урок № Тема: Удельная теплота плавления. Решение задач.

Цель урока: познакомить с удельной теплоемкостью плавления; определить способ расчета количества теплоты необходимого для плавления тела и выделяющееся при его кристаллизации.

Ход урока

Повторение. Проверка домашнего задания

1. Почему плавление вещества происходит при постоянной температуре?

2. В какой момент времени - в начале или в конце кристаллизации - внутренняя энергия вещества ниже. Почему?

3. Будет ли таять лед, плавающий в воде при температуре окру­жающей среды 0°С?

4. Почему зимой у родника мы ощущаем тепло?

5. Нити накаливания ламп изготавливают из вольфрама, а не из ме­ди. Почему?

6. Почему припой делают на основе олова?

7. Зависит ли процесс плавления по времени от температуры плав­ления, если тело уже нагрето до этой температуры?

Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Удельная теплоемкость плавления.

2. Расчет количества теплоты при плавлении и кристаллизации.

При рассмотрении нового материала нужно основное внимание уде­лить тому, чтобы ученики поняли, что при плавлении нет изменения тем­пературы вещества, в то же время внутренняя энергия вещества возрастает. Это соответствует закону сохранения энергии. Все количество теплоты от

нагревания идет на разрушение кристаллических решеток и, значит, на увеличение скорости движения молекул.

Так как различные тела состоят из различных атомов и молекул, то для плавления разного количества различных веществ требуется разное количество теплоты. Для 1 кг льда это количество теплоты равно 334 кДж, для стали - 84 кДж.

Опр. Под удельной теплотой плавления понимают то количество теплоты, которое необходимо для превращения 1 кг твердого тела в жидкость при температуре плавления.

Удельная теплота плавления обозначается буквой (ламбда). [] = Дж/кг.

- табличная величина, и при решении задач можно пользоваться таб­лицей 4 учебника, где приведены величины удельной теплоты плавления для различных веществ.

Для того чтобы рассчитывать количество теплоты для плавления тела произвольной массы, можно воспользоваться формулой: Q = ·m, где т - масса тела.

Эта формула вытекает из следующих соображений: если значение численно равно тому количеству теплоты, которое необходимо для плавле­ния 1 кг твердого тела, то для плавления, например, 3 кг льда потребуется тепла в три раза больше, чем для 1 кг.

Если рассчитывается количество теплоты, которое выделяется при кри­сталлизации тела, используется формула: Q = - ·m

Знак «-» указывает на то, что вещество при кристаллизации уменьшает свою внутреннюю энергию.

При решении задач необходимо понимать, что выведенные формулы используются для расчета количеств теплоты лишь тогда, когда температура тела равна температуре плавления.

Решение задач

Задача 1

Какое количество теплоты выделится в окружающую среду при кри­сталлизации 200 г свинца?

Задача 2

Какое количество теплоты необходимо для плавления 0,5 кг льда? На­чальная температура льда -10°С.

Эта задача несколько сложнее. Ясно, что лед сразу плавиться не будет: сна­чала его необходимо нагреть до температуры плавления. Т. е. количество теп­лоты в этом процессе будет складываться из двух составляющих: и

Задача 3

Какое количество теплоты необходимо для плавления 100 г олова, взя­того при температуре 32°С? Изобразите этот процесс на графике.

Задача 4

Какое количество теплоты потребуется, чтобы расплавить 100 г льда, взятого при температуре -10°С, а затем воду нагреть до 20°С?

Задача 5

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

Упражнение 8

№ 1. О т в е т. Температура плавления выше у того тела, гори­зонтальный участок графика которого расположен выше (рис. 17, стр. 38). Удельная теплота плавления выше у тела, график плав­ления которого расположен ниже (у этого графика длина горизон­тального участка (участок плавления) больше, то есть время плав­ления большее). Удельная теплоемкость больше у тела, график плавления которого расположен ниже (участок нагрева на этом графике наклонен к оси времени под меньшим углом).

№ 2. Ответ. Лед тает. Значит, его температура равна 0 ⁰С. Чтобы лед продолжал таять, ему необходимо сообщить некоторое количество теплоты в процессе теплообмена. Но все тела в поме­щении имеют такую же температуру, как и тающий лед. То есть теплообмен между тающим льдом и телами в помещении невоз­можен.

Чтобы тающий лед стал кристаллизоваться, ему необходимо отдать окружающим телам некоторое количество теплоты в про­цессе теплообмена. Но по той же причине теплообмен в представ­ленной системе невозможен.

Таким образом, тающий лед, внесенный в данное помещение, будет оставаться в том же состоянии, что и в момент внесения в помещение. То есть массы воды и льда в смеси, которую представ­ляет тающий лед, останутся неизменными.

№ 3. Ответ. Результат зависит от температуры в помеще­нии. При температуре в помещении 0 °С система «лед + вода» ос­танется в неизменном состоянии (см. решение задачи № 2). Если температура в помещении выше нуля, то лед растает; если меньше нуля - вода в ведре замерзнет (станет льдом).

Домашнее задание: §15 учебника; вопросы и задания к параграфу. № 1059 - 1064