Физика · 8 класс · Физика ФГОС · урок 7 · только теория
Плавление и отвердевание
Тема рассказывает о том, как вещества переходят из твёрдого состояния в жидкое (плавление) и обратно (отвердевание или кристаллизация). Мы разберём, почему для этого нужна энергия, что такое температура плавления и как ведёт себя температура во время этих процессов. Это основа для понимания многих природных явлений и технических устройств.
Чему учимся понимать
Научиться понимать и объяснять процессы плавления и отвердевания, используя понятия температуры плавления, удельной теплоты плавления и графика этих процессов.
Зачем это нужно
Понимание плавления и отвердевания помогает объяснить круговорот воды в природе, изготовление металлических изделий, работу холодильников и даже таяние ледников. Эти знания лежат в основе многих технологий — от литья металлов до создания новых материалов.
Опорные понятия
Главные тезисы
- Плавление — это переход вещества из твёрдого состояния в жидкое, а отвердевание — обратный переход из жидкого в твёрдое.
- Плавление и отвердевание происходят при строго определённой температуре, которая называется температурой плавления (или отвердевания).
- Во время плавления температура вещества остаётся постоянной, несмотря на подвод тепла; вся энергия идёт на разрушение кристаллической решётки.
- Во время отвердевания температура также остаётся постоянной, при этом выделяется энергия, которая компенсирует потери тепла в окружающую среду.
- Для плавления вещества необходимо сообщить ему энергию, а при отвердевании энергия выделяется.
- Количество теплоты, необходимое для плавления, пропорционально массе вещества и его удельной теплоте плавления.
- Температура плавления зависит от давления, но для большинства веществ при нормальном давлении она является характерной величиной.
- При отвердевании образуется кристаллическая решётка, что объясняет правильную форму кристаллов.
Определения
- Плавление
- Процесс перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое при нагревании.
- Отвердевание (кристаллизация)
- Процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое при охлаждении.
- Температура плавления
- Температура, при которой твёрдое вещество начинает плавиться, то есть переходить в жидкое состояние.
- Удельная теплота плавления
- Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо для превращения 1 кг вещества из твёрдого состояния в жидкое при температуре плавления. Обозначается буквой λ (лямбда), измеряется в Дж/кг.
- Кристаллическая решётка
- Правильное расположение атомов или молекул в твёрдом веществе, которое разрушается при плавлении и восстанавливается при отвердевании.
Ключевые факты и правила
- Температура плавления льда при нормальном атмосферном давлении равна 0 °C, а температура отвердевания воды — тоже 0 °C.
- Для плавления кристаллического тела необходимо сообщить ему количество теплоты Q = λ·m, где λ — удельная теплота плавления, m — масса вещества.
- При отвердевании выделяется такое же количество теплоты, которое было затрачено на плавление: Q = λ·m (со знаком минус, так как тепло выделяется).
- Во время плавления и отвердевания температура вещества не меняется, пока не завершится весь процесс.
- Разные вещества имеют разные температуры плавления: например, железо плавится при 1539 °C, а ртуть — при -39 °C.
- Аморфные вещества (например, стекло, смола) не имеют чёткой температуры плавления — они размягчаются постепенно.
Теория
Вспомни, что вещества могут находиться в трёх состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. Переход между ними называется агрегатным превращением.
Пойми, что при нагревании твёрдого тела его частицы начинают колебаться сильнее, и при достижении температуры плавления связи между ними разрушаются — вещество плавится.
Запомни, что во время плавления температура не растёт, потому что вся подводимая энергия тратится на разрушение кристаллической решётки.
При охлаждении жидкости частицы замедляются, и при температуре отвердевания они выстраиваются в кристаллическую решётку — происходит отвердевание, при этом выделяется энергия.
Используй формулу Q = λ·m для расчёта количества теплоты при плавлении или отвердевании, помня, что λ — это удельная теплота плавления конкретного вещества.
Примеры
- Пример 1случай
- Лёд в стакане с соком тает, потому что получает тепло от жидкости, и при этом температура смеси остаётся около 0 °C, пока весь лёд не растает
- Пример 2случай
- При изготовлении свечей воск плавят, заливают в форму, а затем он застывает, принимая форму — это пример отвердевания
- Пример 3случай
- Весной снег тает, поглощая тепло из окружающего воздуха, поэтому после начала таяния температура воздуха часто остаётся около 0 °C, пока не растает весь снег
- Пример 4случай
- В литейном производстве металл нагревают до плавления, заливают в формы, где он остывает и затвердевает, образуя детали нужной формы
Интересно знать
- Если смешать лёд с солью, температура плавления льда понижается, поэтому такой смесью можно быстро охладить напиток.
- Вода при замерзании расширяется, поэтому лёд легче воды и плавает на её поверхности — это спасает водоёмы от полного промерзания зимой.
- Некоторые металлы, например галлий, плавятся прямо в руке при температуре около 30 °C.
- При отвердевании некоторых веществ (например, воды) выделяется большое количество тепла, которое может согревать окружающую среду.
Техника безопасности
- При работе с горячими жидкостями (например, расплавленным воском или металлом) необходимо использовать защитные очки и перчатки, так как можно получить ожоги.
- Не прикасайся к нагретым предметам без термоизоляции — они могут быть горячими даже после отвердевания.
Связанные темы
- Удельная теплоёмкость
- Количество теплоты
- Испарение и конденсация
- Тепловые явления
- Агрегатные состояния вещества