Плавление и отвердевание кристаллических тел

сегодня вы написали тематическую контрольную работу на предыдущем оки но изучение тепловых явлений мы будем продолжать просто тема будет немножко другой до сих пор мы с вами изучали как найти количество теплоты которые необходимо чтобы изменить температуру тела мы нагревали воду от комнатной температуры до температуры кипения мы нагревали какие-то другие вещества может быть от комнатной или другой температуры до температуры плавления но ни разу еще не обсуждали что происходит при кипении что происходит при плавлении какие процессы являются противоположными по сравнению с например пара образованием или плавлением и вот как раз сейчас мы этим вопросом будем уделять особое внимание вы знаете что вещество бывает в трех агрегатных состояниях ну сейчас даже говорят в 4 какие это агрегатные состояния саша твердая жидко газообразная и плазма и вот сейчас мы с вами переходим к теме которая называется изменения агрегатного состояния вещества это не тема урока это тема более крупное изменение агрегатного состояния вещества подчеркиваем двумя линиями а тема сегодняшнего урока звучит так явление и кристаллизация вещества тема урока плавление и кристаллизация вещества . удельная теплота плавления удельная теплота плавления плавление и кристаллизация вещества удельная теплота плавления домашнее задание конспект то что мы сегодня напишем нарисуем по учебнику баженовой параграфы 44 45 с примерами решения задач 44 45 с примерами решения задача там довольно обширный раздел посвящен именно как решаются задачи и упражнения 45 там же 45 она находится на странице 227 задание с номерами 345 3 4 5 а также полу к шику две задачи 1077 и 1079 я пока с вами еще не решал задачи но вы прочтете примеры решения и спокойно решить эти задачи а завтра мы с вами будем уже решать более сложные задачи чем те что заданный надо итак изменения агрегатного состояния давайте мы с вами проведем такой мысленный эксперимент его можно было бы легко провести в действительности если бы у нас с вами было много времени опыт займет достаточно большое время и нам для того чтобы его провести нужен либо мороз на улице либо холодильник представьте себе что у вас есть сосуд в которые был была налита вода вставим туда термометр вы поставили его в холодильник в результате там образовался лед или же в морозилке вы набрали льда кубиков сложили в этот сосуд вставили термометр допустим у вас в морозилке температура -10 градусов цельсия вы вытащили это лед в more из морозилки со вставленным термометром и он у вас стоит в комнате температура в комнате там плюс 25 плюс 30 одесса лето давайте проследим что будет происходить с содержимым этого стакана итак у нас с вами вот такой такая экспериментальная установка стакан в него набросали кубики льда и вставили термометр это не калориметр он обменивается теплотой с окружающей средой и мы следим за тем как меняется температура с течением времени и заодно смотрим что там происходит что происходит в стакане вот такой опыт результаты нашего опыта мы изобразим на графике по вертикальной оси мы будем откладывать температур температуру а по горизонтальной оси время итак встроен вот такой график он будет достаточно протяженный по горизонтали поэтому пусть он у вас займёт всю ширину вашего листа в конспектах по вертикали вот так здесь мы откладываем температуру в градусах цельсия а по горизонтали время время будем обозначать буквой то у и никаких особых единиц не будем использовать потому что нас интересует не в количественном отношении результатов качественно здесь у нас будет ноль и вот допустим плюс 10 температура здесь минус 10 градусов цельсия -10 мы с вами договорились что в нашем мысленном эксперименте в начале температура была -10 градусов вот эта . в начале то есть при нулевом значении времени а теперь давайте вытащим стакан из морозилки поставим его на стол и будем наблюдать за тем как меняется температура в комнате плюс 30 как будет меняться температура содержимого стакана она будет увеличиваться а что будет происходить со льдом пока температура отрицательно таять он еще не будет что с ним будет происходить он будет просто нагреваться значит первая стадия процесса это просто нагревании и льда в стакане при этом просто лед он нагревается от 0 до какой-то температуры какой до 0 градусов цельсия значит это нагревании и до температура растёт затем начнется вот что мы заметим что на стенках стакана и на дне появилась водичка на стенках стакана и на дне появилась вода то есть начался процесс который как называется в обычном обиходе это называется таяние льда правильно но мы то знаем что у этого процесса есть научное название как называется плавление и так как только температура достигнет до нуля достигнет нуля градусов начнется плавление льда а теперь сразу вопрос что при этом будет происходить температуры лед плавится а температура в том то и дело что если такой опыт провести окажется что температура остается неизменной лед тает а температура остается на уровне 0 вот что происходит значит здесь почему так мы сейчас будем обсуждать таяние льда итак плавление что это за процесс что за процесс мы называем плавлением какой процесс мы назвали бы плавлением пожалуйста на стене переход вещества из твердого состояния в жидкое почти безупречно почему почти потому что твердые вещества бывают кристаллические а бывают аморфные так вот оказывается сегодня в конце урока мы это увидим аморфные вещества не плавятся и плавятся только кристаллические вещества поэтому запишем плавлением называется переход кристаллического вещества плавлением называется переход кристаллического вещества из твердых из твердого состояния в жидкое плавлением называется переход кристаллического вещества из твердого состояния в жидкое переход кристаллического вещества из твердого состояния в жидкое теперь вернемся к нашему графику пока весь лед не растает температура не меняется следовательно процесс плавления происходит при определенной температуре эта температура так и называется температура плавления давайте запишем температура при которой вещество плавится температура при которой вещество плавится называется температурой плавления температура при которой вещество плавится называется температурой плавления температура при которой вещество плавится называется температурой плавления давайте посмотрим на таблицу температуру плавления различных веществ есть справочные данные которые в нашем распоряжении они есть у нас учебники и вот эта таблица посмотрите старая добрая вода лед имеет температуру плавления 0у алого температура плавления двести тридцать два градуса луценко 420 рекордсменом является вольфрам 3387 градусов цельсия но обратите внимание на начало таблицы спирт мы привыкли к тому что спирт жидкость оказывается спирт тоже может стать твёрдым и если твердый спирт от температуры например минус 150 градусов цельсия нагреть до температуры минусы 115 он начнет плавиться точно также как плавится лед даже водород о которой мы знаем что это газ при очень низких температурах тоже плавится если перед этим конечно его превратить в твердое тело то есть толкину мы привыкли как газу или к жидкости при низких температурах может стать твёрдым про тут кстати имеет температуру плавления минус 39 градусов вот почему ртутные термометры нельзя использовать для измерения очень низких температур они просто-напросто перестанут работать и так у каждого вещества есть своя температура плавления идем дальше мы видим что лед тает при этом что происходит в стакане стакане часть льда растаяло часть воды появилась и пока не растает последний кусочек льда температура не будет меняться как только вы заметите что последняя льдинка тут наверху лед же плавает на поверхности воды последняя льдинка растаяла вы заметите что температура в стакане начинает повышаться а что теперь в стакане у нас а теперь у нас в стакане вода значит здесь у нас происходит нагревание воды нагревание воды теперь давайте дождемся пока вода нагреется градусов до 10 ну например и снова поставим в холодильник этот стакан уже с водой в холодильнике температура низкая поставим в морозилку и мы заметим что температура значит начнет падать она не обязательно будет падать с такой же скоростью ну допустим с той же самой скоростью это не важно до каких пор будет уменьшаться температура до нуля оказывается значит вот этот процесс давайте стрелочкой отметим а ставим стакан в холодильник я даже цветом выделен ставим стакан стакан в морозильник вот в этот момент температура начинает падать и доходит до нуля допустим через какое-то окошко или у нас там есть видеокамера миниатюрная мы все время продолжаем наблюдать за изменением температуры и мы обнаруживаем как только температура воды снизилось до нуля дальше она перестает меняться то есть процесс охлаждения воды прекращается давайте вот этот участок назовем охлаждение воды охлаждение воды вода охладится до 0 градусов цельсия и потом температура перестанет изменяться если заглянуть туда в морозилку можно заметить что сверху появилась корочка льда начался процесс замерзания воды но физики называют этот процесс как кристаллизацией что такое кристаллизация это превращение вещества из жидкого состояния в кристаллической то есть в твердое то есть это процесс противоположные плавления запишем кристаллизации ей называется процесс превращения вещества из жидкого состояния в твердое кристаллизация называется процесс превращения жидкого вещества процесс превращения вещества из жидкого состояния в твердое из жидкого состояния в твердое я не говорю в кристаллическое состояние просто в самом слове кристаллизация этот факт отмечен и так здесь у нас происходит кристаллизация воды кристаллизации воды вода из твердой фазы переходит в кристаллическую лед это кристаллы воды оказывается что температура таяния то есть температура плавления и температура кристаллизации одинаковы температура плавления обозначим jt плавления равняется температуре кристаллизации т.к. ответим себе это температура плавления равна температуре кристаллизации равна температуре кристаллизация продолжаем наблюдать за водой находящийся в морозильной камере холодильника количество льда становится все больше он доходит аж до дна сосуда и последние капельки воды последний слой воды превращается в лед как только последние остатки воды превращаются в лёд можно заметить что температура снова начинает уменьшаться что здесь сейчас в стакане только лед следовательно эта стадия процесса это охлаждение льда охлаждение до вот так меняется температура в ходе нашего опыта а теперь давайте посмотрим на этот опыт немножко с другой стороны под другим углом зрения давайте будем обсуждать не температуру а количество теплоты который получает содержимое этого сосуда вот на этой стадии происходит нагревание aldav мы можем с вами найти количество теплоты которые необходимо чтобы нагреть лед от -10 до от начальной температуры до температуры плавления может если будем знать его массу и будем знать еще удельную теплоемкость да то есть вот вот это пройденный нами этап мы уже знаем что происходит здесь кинетическая энергия молекул становится все будет но молекулы остаются на своих местах потому что лед это твердое тело а дальше температура перестала меняться скажите пожалуйста получает ли при этом лед количество теплоты если его температура не меняется получает саша конечно получает вид led имеет температуру но и градусов он находится в комнате где я уже говорил одесса лето 30 градусов существует теплопередача значит лед получая какое-то количество теплоты остается при температуре 0 градусов но ведь количество теплоты это энергия которую получает тела в процессе теплопередачи значит внутренняя энергия содержимого стакана становится больше больше конечно потому что стакан с вот этим тающим льдом получает количество теплоты внутренняя энергия увеличивается температура остается неизменной температура это мера кинетической энергии хаотического движения молекул если кинетическая энергия остается неизменной а внутренняя энергия увеличивается то за счет чего увеличивается внутренняя энергия за счет правильно за счет получения количество теплоты да но на что идет это количество теплоты если внутренней энергии растет и кинетическое нет на что плавление это то что мы видим а с энергетической точки зрения скажи движение молекул у нас происходит с той же скоростью кинетическая энергия не меняется пожар нет ребята из чего состоит внутренняя энергия а внутренняя энергия состоит из кинетической энергии хаотического движения молекул и потенциальной энергии взаимодействие молекул друг с другом количество теплоты папы получаем внутренней энергии растет кинетическое не меняется значит меняется потенциально получается что потенциальная энергия молекул взаимодействия молекул воды больше становится больше когда вода изольда становится жидкой то есть при плавлении потенциальная энергия взаимодействия молекул увеличивается происходит примерно такое кристаллическая решетка это как бы вот такая ямка каждый узел кристаллической решетки это такая ямка для молекулы и вот когда мы повышаем температуру то колебания молекул становится все больше и больше и при некоторой температуре они выскакивают из этой ямке и молекулы становятся свободными и кристалл превращается в жидкость потерял ладно у меня еще есть кристалл превращается в жидкость то есть разрушается кристаллическая решетка энергия полученная за счет вот этого нагревания энергия в виде количество теплоты идет не на увеличение кинетической энергии хаотического движения молекул она разрушение кристаллической решетки как вы думаете как связана энергия необходимое для плавления будем называть уже своими вещи своими именами как связана энергия с массой того что нужно расплавить наверное прямо пропорционально значит мы можем записать что количество теплоты количество теплоты который идет на плавление обозначим его вот так прямо пропорциональна массе того что надо расплавить чтобы расплавить килограмма льда нужно в 10 раз больше энергии в 10 раз больше количества теплоты чем чтобы расплавить 100 грамм льда при условии конечно что мы уже взяли лед при температуре плавления и вот этот коэффициент его принято обозначать буквой лямбда это буква греческого алфавита называется лямбда давайте где-то в сторонке для мадам зависит от вещества у льда эта величина имеет одно значение у других веществ мы сейчас увидим она имеет другое значение какой физический смысл имеет эта величина давайте для того чтобы ответить на этот вопрос эту формулу уже перепишем используя знак равенства количество теплоты необходимо для плавления кристаллического тело равняться произведению вот этой величины обозначены буквой линда на массу славящегося вещества при условии что у нас уже вещество доведена до температуры плавления отсюда лямбда равняется q плавления делить на массу вещества ну а теперь в каких единицах измеряется эта величина пожалуйста в джоулях на килограмм единицы измерения этой величины джоули на килограмма мы пара назвать эту величину своим именем она называется удельная теплота плавления лямда удельная теплота плавления удельная теплота плавления измеряется в джоулях на килограмм а теперь давайте сформулируем какой смысл имеет эта величина какою физический смысл посмотрите если вы возьмете один килограмм вещества то в этой формуле количество теплоты необходимое для плавления будет численно равно удельной теплоты плавления но при каком условии что вы заранее довели вещество до температуры плавления поэтому давайте запишем определение удельной теплотой плавления вещества удельной теплотой плавления вещества называется физическая величина равная удельной теплотой плавления вещества называется физическая величина равная количеству теплоты которая необходима для превращения в жидкость количеству теплоты которая необходима для превращения в жидкость одного килограмма кристаллического вещества для превращения в жидкость одного килограмма кристаллического вещества , взятого при температуре плавления физическая величина равное количеству теплоты которая необходима для превращения в жидкости или для плавления одного килограмма кристаллического вещества , взятого при температуре плавления взятого при температуре плавления два важных моментов в этом определении подчеркните кристаллического вещества раз и взятого при температуре плавления 2 не забывайте упоминать об этом когда на физическом диктанте вам предстоит ответить на вопрос что называется удельной теплотой плавления и так на что идет это теплота на разрушение кристаллической решетки после того как кристаллическая решетка разрушилась дальше увеличивается температура а температура это кинетическая энергия значит снова начинается рост кинетической энергии хаотического движения но уже жидкой воды здесь мы прекратили нагревании снова поместили воду в холодильник она начала остывать температура уменьшается кинетическая энергия хаотического движения молекул становятся меньше и в результате эти молекулы движутся уже не так быстро и когда они сближаются достаточно близко друг с другом они способны остаться рядышком и образуется ведь вот эти молекулы они сами себе рождают кристаллическую решетку образуется вот это совокупность физики это называет потенциальных ям то есть точек где молекула находится в равновесии ее потенциальной энергии в этом месте чуть меньше чем в окружающих точках и она там остается и в результате формируется кристалл процесс называются капитализации мы уже сказали что это процесс который противоположен плавление и вот сейчас на этом участке мы с вами наблюдаем такое кристаллизация происходит тепло отводится потому что температура кристаллизующихся воды 0 градусов в морозилке там допустим -20 значит тепло отводится от стакана в окружающую среду температура не меняются о чем это говорит при кристаллизации выделяется теплота это количество теплоты называется теплотой кристаллизации как вы думаете количество теплоты которые требуется для плавления и количество теплоты которая выделяется при кристаллизации как они связаны друг с другом что думает саша а вот хорошо что ты об этом сказал они равны по закону сохранения энергии давайте себе отметим это количество теплоты отдаваемое телом при кристаллизации q кристаллизации минус минус означает что количество теплоты отдается равняется количеству теплоты которая необходима для плавления это следует из закона сохранения энергии представьте себе что было бы по другому допустим на плавление нужно 10 джоулей а при кристаллизации выделяется 11 джоулей на каком-то куски вещества значит мы расплавили потом закристаллизовали получили в энергии в 1 джоуль и так много раз делом и у нас получается источник энергии из ничего это в речи закону сохранения энергии значит будем помнить о том что теплота плавления и теплота выделяющаяся при кристаллизации одинаковые поэтому вот эту величину лямбда можно называть не только удельная теплота плавления но ее еще также можно называть удельная теплота кристаллизации физики профессионалы переход из жидкого состояния в кристаллической из кристаллического жидкая называют иногда фазовый переход так вот лямда это удельная теплота фазового перехода жидкость кристаллическое состояние неважно происходит ли кристаллизация или происходит плавление значение удельной теплоты плавления приведены в таблицах у нас эта таблица будет в распоряжении при решении задач вот вы видите чтобы расплавить например один килограмм льда нужно 332 килоджоуля довольно много лед не так-то легко расплавить чтобы нагреть килограмм воды на один градус нужно 4,2 джоуля четыре тысячи две десятых килоджоуля а чтобы расплавить один килограмм льда на 332 килоджоулей ну теперь давайте понаблюдаем за процессом плавления в нем поведение плавящаяся вещества то есть кристаллического вещества с поведением аморфного вещества для этого у нас есть горелка вот в этой ложечки у меня кусочек не кусочек металла сейчас мы приготовим видеокамеру чтобы увидеть что происходит при повышении температуры кристаллического вещества все еще спа и способен так кастрюльку приготовим сейчас перед этим только разделим кадр так это будет для общего плана а это будет для горелки вот теперь вы видите все вот кусочек металла это сплав свинца и олова теперь из соображений техники безопасности нам понадобится кастрюлька с водой и кстати у меня здесь еще есть кусочек стекла стекло это аморфное вещество мы посмотрим как ведет себя аморфное вещество то есть не имеющий кристаллической решетки вещество и так включаем горелку и наблюдаем за плавлением обратите внимание когда будете наблюдать на то что сусу существует одновременно и в твердом состоянии и в жидком вещество то есть оно не мгновенно превращается в жидкость а о смотрите вот с одной стороны оно уже начало плавиться часть расплавилась часть осталась в твердом состоянии сейчас температура этого образца постоянно она равна температуре плавления вот расплавился последний кусочек температура дальше начинает расти под дадим газку греем греем [музыка] ну наверное хватит кристаллизацию мы сейчас ускорим вот таким путем ложечку надо остудить и вот смотрите что стало с веществом его буквально по рвала в клочья как вы думаете о что его вот так вот разорвало на мелкие части не тут есть уже кристаллическая решетка ребята его разорвал вы слышали такой что это было почти правильно не плане воздуха пара пар образующиеся при вот в резком охлаждении когда мы раскаленный металл в лили воду этот парк как раз создал труд то давление которое разрушило нашу каплю ну а теперь повторяем опыт уже с аморфным веществом обычное стекло вам видно видно смотрим нагреваем я его помыл перед этим поэтому там немножко пары воды они сейчас думал создадут если бы это была трубка из кристаллического вещества она моментально бы превратилась в жидкость с этой трубкой происходит вот что сначала я ничего не замечаю она вроде бы твердое но если немножечко подождать до еще и добавить огоньку смотрите пламя начинает окрашиваться в желтый цвет это потому что в составе стекла есть натрий если появилась окраска значит температура уже достаточно высокая и вот трубка вместо того чтобы плавится размягчилась я могу ее согнуть я могу ее растянуть и вот та свойства которым обладает стекло используется в стеклодува нам деле стеклодувы умеют изготавливать из стекла очень сложно и красивое изделие а ученые делают приборы пользуясь этими свойствами стекла и так кристаллической решетки здесь нет поэтому плавление не наблюдается наблюдается просто размягчения аморфное вещество это просто очень густая жидкость и и густота по мере увеличения температуры становится меньше сейчас мы можем даже разделить эту трубку на 2 половинки ну на этом наш урок окончен отдыхайте