Topenie a tuhnutie PDF

TOPENIE A TUHNUTIE alebo O regelácii ľadu PaedDr. Jozef Beňuška [email protected] Keď má sústava v rovnovážnom stave vo všetkých častiach rovnaké fyzikálne a chemické vlastnosti (napr. hustotu, štruktúru, chemické zloženie...)...

TOPENIE A TUHNUTIE alebo O regelácii ľadu PaedDr. Jozef Beňuška [email protected] Keď má sústava v rovnovážnom stave vo všetkých častiach rovnaké fyzikálne a chemické vlastnosti (napr. hustotu, štruktúru, chemické zloženie...) nazýva sa fáza. Fázy: - skupenstvá látky (ľad, voda, vodná para), - štruktúry tej istej látky (diamant, grafit). Prechod látky z jednej fázy do druhej sa volá fázová premena. Fázové premeny sú aj zmeny skupenstiev. Skupenské premeny pevná látka desublimácia topenie sublimácia tuhnutie vyparovanie plynná látka kvapalná látka kondenzácia Topenie Keď zohrievame teleso z kryštalickej látky, zvyšuje sa jeho teplota a po dosiahnutí teploty topenia tt sa pre- mieňa na kvapalinu s tou istou teplotou. Graf topenia Grafická závislosť prijatého tepla Q a teploty telesa t. t o C to Q J Kryštalická látka prijíma teplo - zväčšuje sa kinetická ener- gia kmitavého pohybu častíc. Častice zväčšujú rozkmity a vzdialenosť medzi nimi - narastá ich potenciálna energia. Graf topenia Grafická závislosť prijatého tepla Q a teploty telesa t. t o C tt to Q Q1 J Ak látka dosiahne teplotu topenia, narušuje sa väzba medzi časticami mriežky - mriežka sa rozpadáva, látka sa topí. Graf topenia Grafická závislosť prijatého tepla Q a teploty telesa t. t o C tt to Q Q1 J Hoci pri topení látka prijíma teplo, nemení sa jej teplota. Nemení sa stredná kinetická energia častíc. Zväčšuje sa ich stredná potenciálna energia - teda aj vnútorná energia telesa. Graf topenia Grafická závislosť prijatého tepla Q a teploty telesa t. t o C tt to Q Q1 Lt J Aby sa všetka látka roztopila musí pri teplote topenia tt prijať skupenské teplo topenia Lt. Skupenské teplo topenia Lt: - je teplo, ktoré prijme teleso z kryštalickej látky pri tep- teplote topenia, aby sa premenilo na kvapalinu s tou is- tou teplotou. Merné skupenské teplo topenia lt - je teplo, ktoré prijme teleso z kryštalickej látky s hmot- nosťou 1 kg pri teplote topenia, aby sa premenilo na kvapalinu s tou istou teplotou. Lt lt  m lt    Lt   J 1J.kg  1 m kg Graf topenia Grafická závislosť prijatého tepla Q a teploty telesa t. t o C tt to Q Q1 Lt J Ďalšie prijímanie tepla znamená zohrievanie látky už v kvapalnom skupenstve. Keď kryštalická látka prijíma teplo, zväčšuje sa Ek kmitavého pohybu častíc. Častice zväčšujú rozkmity, čím sa zväčšuje stredná vzdialenosť medzi nimi. Pri teplote topenia tt sa rozkmity zväčšia natoľko, že sa narušuje väzba medzi časticami mriežky, mriežka sa rozpadáva, látka sa topí. V rôznych látkach sú väzbové sily rôzne veľké, preto sa látka pri danom vonkajšom tlaku topí pri určitej teplote. Celkové prijaté teplo pri topení telesa Q t o C Q1 mcľadu (t t  to ) t1 Lt lt m tt Q2 mcvody (t1  t t ) to Q Q1  Lt  Q2 Q Q1 Lt Q2 J Q1 - teplo na zohriatie pevného telesa na teplotu topenia Lt - skupenské teplo topenia Q2 - teplo na zohriatie kvapalného telesa na teplotu t1 Krivka topenia - je grafické znázornenie závislosti teploty topenia látky od tlaku. p p Pa Pa olovo ľad A A T T K K Olovo - s rastúcim tlakom sa zvyšuje teplota topenia. Ľad - s rastúcim tlakom sa znižuje teplota topenia. Regelácia ľadu (znovuzamŕzanie): Pod zaťaženým drôtom je veľký tlak a teplota topenia nižšia ako 0 oC. Nad drôtom voda znovu zamrzne. Tuhnutie: - keď kvapalinu, ktorá vznikla topením kryštalickej lát- ky, ochladzujeme, mení sa pri teplote tuhnutia na pev- né teleso - tuhne. lt - merné skupenské teplo tuhnutia Lt - skupenské teplo tuhnutia Lt lt  m - je teplo, ktoré odovzdá kvapalné teleso s hmotnosťou 1 kg pri teplote tuhnutia, aby sa premenilo na pevnú látku s tou istou teplotou. Teplota tuhnutia látky sa rovná teplote topenia. Tuhnutie: - ochladením kvapaliny na teplotu tuhnutia sa vplyvom väzbových síl tvoria kryštalizačné jadrá. V okamihu stuhnutia sa kryštáliky navzájom dotýkajú a tvoria zrná. Riešte úlohu: Ako sa zmení vnútorná energia telesa z cínu s hmot- nosťou 3 kg a teplotou topenia, ak sa premení z pev- ného skupenstva na kvapalné s rovnakou teplotou? zväčší sa o U = 0,18 MJ Riešte úlohu: Ľad s hmotnosťou 1 kg a začiatočnou teplotou -10 oC sa premenil na vodu s teplotou 20 oC pri normálnom tlaku. Vypočítajte celkové prijaté teplo ľadom pri tej- to premene. cľadu = 2,1 kJ.kg-1.K-1 cvody = 4,2 kJ.kg-1.K-1 tt (ľadu)= 0 oC lt (ľadu) = 334 kJ.kg-1 Q = 439 kJ  Test Merné skupenské teplo topenia je teplo, ktoré: a) prijme teleso z kryštalickej látky pri teplote tuhnutia, aby sa premenilo na kvapalinu s tou istou teplotou, b) prijme teleso z kryštalickej látky pri teplote topenia, aby sa premenilo na kvapalinu s tou istou teplotou, c) prijme teleso z amorfnej látky pri teplote topenia, aby sa premenilo na kvapalinu s tou istou teplotou, d) prijme teleso z amorfnej látky pri teplote tuhnutia, aby sa premenilo na kvapalinu s tou istou teplotou. 1  Test Súvislosť medzi merným skupenským teplom tope- nia, skupenským teplom topenia a hmotnosťou tele- sa je: lt Lt a) Lt  b) lt  m m c) Lt lt m d) lt Lt m 2  Test Jednotkou veličiny merné skupenské teplom topenia je: a) lt  1J.kg 1 b) lt  1J.kg -1 c) lt  1J.K  1 d) lt  1J -1.K 3  Test Vyberte správne tvrdenie: a) Keď kryštalická látka prijíma teplo, zväčšuje sa Ek kmitavého pohybu častíc. Častice zväčšujú rozkmi- ty, čím sa zväčšuje stredná vzdialenosť medzi nimi. b) Teplota tuhnutia látky sa rovná teplote topenia. c) Prechod látky z jednej fázy do druhej sa volá fá- zová premena. d) Regelácia vody je znovuzamŕzanie vody. 4