Парообразование. Изменение агрегатных состояний

Что происходит с молекулами вещества, когда вещество находится в разных агрегатных состояниях?

какова скорость молекул вещества?

какое расстояние между молекулами?

каково взаимное расположение молекул?

газ

жидкость

твердое

Переход вещества из твердого состояния в жидкое называют плавлением

Телу сообщают энергию

Когда тело начнет плавиться?

Изменяются ли молекулы вещества при плавлении?

Как изменяется температура вещества при плавлении?

Переход вещества из жидкого состояния в твердое называют кристаллизацией

жидкость отдает энергию

Как изменяется внутренняя энергия вещества?

Как изменяется энергия молекул и их расположение?

Когда тело начнет кристаллизоваться?

Изменяются ли молекулы вещества при кристаллизации?

Как изменяется температура вещества при кристаллизации?

“Читаем график”

КакойКакиеучастокграфикаОхграфикаКкиерактеризуйтепревращсоответствуетответствуютнияпервоначаль роростуисходятвнуноетемпературыреннейссостояниевеществом?энергиивещества?вещества?уменьшению? вещества?

Переход вещества из твердого кристаллического состояния в жидкое называется плавлением . Чтобы расплавить твердое кристаллическое тело, его нужно нагреть до определенной температуры, т. е. подвести тепло. Температура, при которой вещество плавится, называется температурой плавления вещества.

Обратный процесс — переход из жидкого состояния в твердое — происходит при понижении температуры, т. е. тепло отводится. Переход вещества из жидкого состояния в твердое называется отвердеванием, или кристал лизацией. Температура, при которой вещество кристаллизуется, называется температурой кристалли зации.

Опыт показывает, что любое вещество кристаллизуется и плавится при одной и той же температуре.

На рисунке представлен график зависимости температуры кристаллического тела (льда) от времени нагревания (от точки А до точки D) и времени охлаждения (от точки D до точки K ). На нем по горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной — температура.

Из графика видно, что наблюдение за процессом началось с момента, когда температура льда была -40 °С, или, как принято говорить, температура в начальный момент времени t нач = -40 °С (точка А на графике). При дальнейшем нагревании температура льда растет (на графике это участок АВ ). Увеличение температуры происходит до 0 °С — температуры плавления льда. При 0°С лед начинает плавиться, а его температура перестает расти. В течение всего времени плавления (т.е. пока весь лед не расплавится) температура льда не меняется, хотя горелка продолжает го-реть и тепло, следовательно, подводится. Процессу плавления соответствует горизонтальный учас-ток графика ВС. Только после того как весь лед расплавится и превратится в воду , температура снова начинает подниматься (участок CD ). После того, как температура воды достигнет +40 °С, горелку гасят и воду начинают охлаждать, т. е. тепло отводят (для этого можно сосуд с водой по-местить в другой, больший сосуд со льдом). Температура воды начинает снижаться (участок DE ). При достижении температуры 0 °С температура воды перестает снижаться, несмотря на то, что тепло по-прежнему отводится. Это идет процесс кристаллизации воды — образования льда (гори-зонтальный участок EF ). Пока вся вода не превратится в лед, температура не изменится. Лишь после этого начинает уменьшаться температура льда (участок FK ).

Вид рассмотренного графика объясняется следующим образом. На участке АВ благодаря подводимому теплу средняя кинетическая энергия молекул льда увеличивается, и температура его повышается. На участке ВС вся энергия, получаемая содержимым колбы, тратится на разрушение кристаллической решетки льда: упорядоченное пространственное расположение его молекул сменяется неупорядоченным, меняется расстояние между молекулами, т.е. происходит перестройка молекул таким образом, что вещество становится жидким. Средняя кинетическая энергия моле-кул при этом не меняется, поэтому неизменной остается и температура. Дальнейшее увеличение температуры расплавленного льда-воды (на участке CD ) означает увеличение кинетической энер-гии молекул воды вследствие подводимого горелкой тепла.

При охлаждении воды (участок DE ) часть энергии у нее отбирается, молекулы воды движутся с меньшими скоростями, их средняя кинетическая энергия падает — температура уменьшается, вода охлаждается. При 0°С (горизонтальный участок EF ) молекулы начинают выстраиваться в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку. Пока этот процесс не завершится, температура вещества не изменится, несмотря на отводимое тепло, а это означает, что при отвер-девании жидкость (вода) выделяет энергию. Это как раз та энергия, которую поглотил лед, пре-вращаясь в жидкость (участок ВС ). Внутренняя энергия у жидкости больше, чем у твердого тела. При плавлении (и кристаллизации) внутренняя энергия тела меняется скачком.

Металлы, плавящиеся при температуре выше 1650 ºС, называют тугоплавкими (титан, хром , молибден и др.). Самая высокая температура плавления среди них у вольфрама — около 3400 °С . Тугоплавкие металлы и их соединения используют в качестве жаропрочных материалов в самолетостроении, ракетостроении и космической технике, атомной энергетике.

Подчеркнем еще раз, что при плавлении вещество поглощает энергию. При кристаллизации оно, наоборот, отдает ее в окружающую среду. Получая определенное количество теплоты, выделяющееся при кристаллизации, среда нагревается. Это хорошо известно многим птицам. Неда-ром их можно заметить зимой в морозную погоду сидящими на льду, который покрывает реки и озера. Из-за выделения энергии при образовании льда воздух над ним оказывается на несколько градусов теплее, чем в лесу на деревьях, и птицы этим пользуются.

Плавление аморфных веществ.

Наличие определенной точки плавления — это важный признак кристаллических веществ. Именно по этому признаку их можно легко отличить от аморфных тел, которые также относят к твердым телам. К ним, в частности, относятся стекла, очень вязкие смолы, пластмассы.

Аморфные вещества (в отличие от кристаллических) не имеют определенной температуры плавления — они не плавятся, а размягчаются. При нагревании кусок стекла, например, снача-ла становится из твердого мягким, его легко можно гнуть или растягивать; при более высокой температуре кусок начинает менять свою форму под действием собственной тяжести. По мере нагревания густая вязкая масса принимает форму того сосуда, в котором лежит. Эта масса сначала густая, как мед, затем — как сметана и, наконец, становится почти такой же маловязкой жидкостью, как вода. Однако указать определенную температуру перехода твердого тела в жидкое здесь невозможно, поскольку ее нет.

Причины этого лежат в коренном отличии строения аморфных тел от строения кристаллических. Атомы в аморфных телах расположены беспорядочно. Аморфные тела по своему строению напоминают жидкости. Уже в твердом стекле атомы расположены беспорядочно. Значит, повы-шение температуры стекла лишь увеличивает размах колебаний его молекул, дает им постепенно все большую и большую свободу перемещения. Поэтому стекло размягчается постепенно и не обнаруживает резкого перехода «твердое—жидкое», характерного для перехода от расположения молекул в строгом порядке к беспорядочному.

Теплота плавления.

Теплота плавления — это количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу при постоянном давлении и постоянной температуре, равной температуре плавления, чтобы полностью перевести его из твердого кристаллического состояния в жидкое. Теплота плавления равна тому количеству теплоты , которое выделяется при кристалли-зации вещества из жидкого состояния. При плавлении вся подводимая к веществу теплота идет на увеличение потенциальной энер-гии его молекул. Кинетическая энергия не меняется, поскольку плавление идет при постоянной температуре.

Изучая на опыте плавление различных веществ одной и той же массы, можно заметить, что для превращения их в жидкость требуется разное количество теплоты. Например, для того чтобы расплавить один килограмм льда, нужно затратить 332 Дж энергии, а для того чтобы расплавить 1 кг свинца — 25 кДж .

Количество теплоты, выделяемое телом, считается отрицательным. Поэтому при расчете количества теплоты, выделяющегося при кристаллизации вещества массой m , следует пользоваться той же формулой, но со знаком «минус»:

Теплота сгорания.

Теплота сгорания (или теплотворная способность , калорийность ) — это количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива.

Для нагревания тел часто используют энергию, выделяющуюся при сгорании топлива. Обыч-ное топливо (уголь, нефть, бензин) содержит углерод . При горении атомы углерода соединяются с атомами кислорода , содержащегося в воздухе, в результате чего образуются молекулы углекислого газа . Кинетическая энергия этих молекул оказывается большей, чем у исходных частиц. Увеличение кинетической энергии молекул в процессе горения называют выделением энергии. Энергия, выделяющаяся при полном сгорании топлива, и есть теплота сгорания этого топлива.

Теплота сгорания топлива зависит от вида топлива и его массы. Чем больше масса топлива, тем больше количество теплоты, выделяющейся при его полном сгорании.

Физическая величина , показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива. Удельную теплоту сгорания обозначают буквой q и измеряют в джоулях на килограмм (Дж/кг).

Количество теплоты Q , выделяющееся при сгорании m кг топлива, определяют по формуле:

Чтобы найти количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании топлива произвольной массы, нужно удельную теплоту сгорания этого топлива умножить на его массу.

Что происходит с молекулами вещества, когда вещество
находится в разных агрегатных состояниях?
какова скорость молекул вещества?
какое расстояние между молекулами?
каково взаимное расположение молекул?

газ
жидкость

твердое
тело

Переход вещества из твердого состояния в жидкое
называют плавлением
Телу сообщают энергию
вещества?
их
расположение?
Когда тело начнет плавиться?
при плавлении?
при плавлении?

Переход вещества из жидкого состояния в твердое
называют кристаллизацией
жидкость отдает энергию
Как изменяется внутренняя энергия
вещества?
расположение?
Когда тело начнет кристаллизоваться?
Изменяются ли молекулы вещества
при кристаллизации?
Как изменяется температура вещества
при кристаллизации?

Физическая величина, показывающая какое количество теплоты
необходимо для превращения 1 кг кристаллического вещества, взятого
при температуре плавления, в жидкость той же температуры, называется
удельной теплотой плавления

Единица измерения:
Дж
кг
Обозначается:
, t C
3t
2t
1t
Поглощение Q
Выделение Q
m 
Q
плавление
m 
Q
отвердевание
нагревание
t плавления = t отвердевания
о
х
л
а
ж
д
, tмин
е
н
и
е

“Читаем график”
Какой участок графика соответствует росту внутренней энергии
Какие участки графика соответствуют росту температуры
Охарактеризуйте первоначальное состояние
Какие превращения происходят с веществом?
вещества? уменьшению?
вещества? уменьшению?
вещества
1
3
2
4

“Читаем график”
В какой момент времени начался процесс плавления вещества?
В какой момент времени вещество кристаллизовалось?
Чему равна температура плавления вещества? кристаллизации?
Сколько длилось: нагревание твердого тела;
плавление вещества;
остывание жидкости?

Проверь себя!
1. При плавлении тела...
а) теплота может и поглощаться, и выделяться.
б) теплота не поглощается и не выделяется.
в) теплота поглощается.
г) теплота выделяется.
2. При кристаллизации жидкости...
а) температура может и повышаться, и понижаться.
б) температура не изменяется.
в) температура понижается.
г) температура повышается.
3. При плавлении кристаллического тела...
а) температура понижается.
б) температура может и повышаться, и понижаться.
в) температура не изменяется.
г) температура повышается.
4. При агрегатных превращениях вещества количество молекул вещества …
а) не изменяется.
б) может и увеличиваться, и уменьшаться.
в) уменьшается.
г) увеличивается.
Ответ: 1­в 2­б 3­в 4­а

Переход вещества из жидкого состояния в
газообразное называют парообразованием
Как изменяется внутренняя энергия
вещества при парообразовании?
Как изменяется энергия молекул и
их расположение?
Изменяются ли молекулы вещества
при парообразовании?
Как изменяется температура
вещества при парообразовании?

Переход вещества из газообразного состояния в жидкое
называют конденсацией
Как изменяется внутренняя энергия
вещества при конденсации?
Как изменяется энергия молекул и
их расположение?
Изменяются ли молекулы вещества
при конденсации?

Испарение – парообразование,
происходящее с поверхности жидкости
1. Какие молекулы покидают жидкость
при испарении?
2. Как изменяется внутренняя энергия
жидкости при испарении?
3. При какой температуре может
происходить испарение?
4. Как изменяется масса жидкости при
испарении?

Объясни, почему:
вода из блюдца испарилась быстрее?
нарушилось равновесие весов?
через несколько дней уровень различных
жидкостей стал разным.

Объясни
Как будет происходить испарение, если
над жидкостью будет дуть ветер?
Почему вода из тарелки испаряется быстрее, чем из миски?

кипение
1. Что образуется на стенках банки, если она
долго стояла с водой?
2. Что находится в этих пузырьках?
3. Поверхность пузырьков одновременно
является поверхностью жидкости. Что будет
происходить с поверхности внутри пузырьков?
кипение

Горячий лёд
Мы привыкли считать, что вода
не может быть в твёрдом состоянии
при t выше 0 0С.
Английский физик Бриджмен по­
казал, что вода под давлением р ~
2*109 Па остаётся твёрдой даже при
t = 76 0С. Это так называемый «го­
рячий лёд ­ 5». Взять его в руки не­
льзя, о свойствах этой разновидно­
сти льда узнали косвенным образом.
«Горячий лёд» плотнее воды (1050
кг/м3), он тонет в воде.
Сегодня известно более 10 разно­
видностей льда с удивительными
качествами.
Сухой лёд
При сгорании угля можно полу­
чить не жар, а наоборот, холод. Для
этого уголь сжигают в котлах,
образующийся дым очищают и
улавливают в нём углекислый газ.
Его охлаждают и сжимают до
давления 7*106 Па. Получается
жидкая углекислота. Её хранят в
толстостенных баллонах.
При открывании крана жидкая
углекислота резко расширяется и
охдаждается, превращаясь в твёр­
дую углекислоту – «сухой лёд».
Под влиянием теплоты хлопья
сухого льда сразу переходят в газ,
минуя жидкое состояние.

Переход вещества из твердого состояния в жидкое называют плавлением Телу сообщают энергию Как изменяется энергия молекул и их расположение? Как изменяется внутренняя энергия вещества? Изменяются ли молекулы вещества при плавлении? Как изменяется температура вещества при плавлении? Когда тело начнет плавиться?

Переход вещества из жидкого состояния в твердое называют кристаллизацией жидкость отдает энергию Как изменяется энергия молекул и их расположение? Как изменяется внутренняя энергия вещества? Изменяются ли молекулы вещества при кристаллизации? Как изменяется температура вещества при кристаллизации? Когда тело начнет кристаллизоваться?

Плавление нагревание отвердевание охлаждение Физическая величина, показывающая какое количество теплоты необходимо для превращения 1 кг кристаллического вещества, взятого при температуре плавления, в жидкость той же температуры, называется удельной теплотой плавления Обозначается:Единица измерения: Поглощение QВыделение Q t плавления = t отвердевания

Читаем график Охарактеризуйте первоначальное состояние вещества Какие превращения происходят с веществом?Какие участки графика соответствуют росту температуры вещества? уменьшению? Какой участок графика соответствует росту внутренней энергии вещества? уменьшению?

Читаем график В какой момент времени начался процесс плавления вещества? Сколько длилось: нагревание твердого тела; плавление вещества; остывание жидкости? В какой момент времени вещество кристаллизовалось? Чему равна температура плавления вещества? кристаллизации?

Проверь себя! 1. При плавлении тела... а) теплота может и поглощаться, и выделяться. б) теплота не поглощается и не выделяется. в) теплота поглощается. г) теплота выделяется. 2. При кристаллизации жидкости... а) температура может и повышаться, и понижаться. б) температура не изменяется. в) температура понижается. г) температура повышается. 3. При плавлении кристаллического тела... а) температура понижается. б) температура может и повышаться, и понижаться. в) температура не изменяется. г) температура повышается. 4. При агрегатных превращениях вещества количество молекул вещества … а) не изменяется. б) может и увеличиваться, и уменьшаться. в) уменьшается. г) увеличивается. Ответ: 1-в 2-б 3-в 4-а

Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называют парообразованием Как изменяется энергия молекул и их расположение? Как изменяется внутренняя энергия вещества при парообразовании? Изменяются ли молекулы вещества при парообразовании? Как изменяется температура вещества при парообразовании?

Испарение – парообразование, происходящее с поверхности жидкости 1. Какие молекулы покидают жидкость при испарении? 2. Как изменяется внутренняя энергия жидкости при испарении? 3. При какой температуре может происходить испарение? 4. Как изменяется масса жидкости при испарении?

Сравните процессы испарения и кипения 1. В какой части жидкости происходит парообразование? 2. Какие изменения температуры жидкости происходят в процессе парообразования? 3. Как изменяется внутренняя энергия жидкости в процессе парообразования? 4. От чего зависит скорость протекания процесса? испарениекипение

Горячий лёд М ы привыкли считать, что вода не может быть в твёрдом состоянии при t выше 0 0 С. А нглийский физик Бриджмен по- казал, что вода под давлением р ~ 2*10 9 Па остаётся твёрдой даже при t = 76 0 С. Это так называемый «го- рячий лёд - 5». Взять его в руки не- льзя, о свойствах этой разновидно- сти льда узнали косвенным образом. «Горячий лёд» плотнее воды (1050 кг/м 3), он тонет в воде. Сегодня известно более 10 разно- видностей льда с удивительными качествами. Сухой лёд При сгорании угля можно полу- чить не жар, а наоборот, холод. Для этого уголь сжигают в котлах, образующийся дым очищают и улавливают в нём углекислый газ. Его охлаждают и сжимают до давления 7*10 6 Па. Получается жидкая углекислота. Её хранят в толстостенных баллонах. При открывании крана жидкая углекислота резко расширяется и охдаждается, превращаясь в твёр- дую углекислоту – «сухой лёд». Под влиянием теплоты хлопья сухого льда сразу переходят в газ, минуя жидкое состояние.