Фізика> Прихована теплота
Прихована теплота - енергія, пов'язана зі зміною стану речовини.
завдання навчання
- Розглянути приховану теплоту як форму енергії.
Основні пункти
- Енергія потрібна для зміни стану речовини (наприклад, для розриву зв'язків між молекулами у льоді, щоб він розплавився).
- Під час зміни стану енергію можуть додати або відняти, але температура залишиться стабільною (змінюється лише в самому кінці).
- Тепло, необхідне для зміни фази: Q = mLf (плавлення або заморожування) і Q = mLv (випаровування або конденсація), де Lf і Lv - приховане тепло плавлення і випаровування.
- Сублімація - перехід речовини з твердого стану в пароподібний, минаючи рідкий етап.
- Прихована теплота випаровування - енергія, яка потрібна для переходу з рідини в пар.
- Прихована теплота плавлення - енергія, яка потрібна для переходу з твердого стану в рідину.
прихована теплота
Давайте розглянемо воду, що стікає з бурульок, що плавляться на даху під сонячним світлом. А також воду, замерзає в піддоні.
Тепло від повітря передається льоду, що призводить до танення
Щоб тверда речовина розплавилося, знадобиться певна кількість енергії. Їй доведеться роздрібнити пов'язані молекули, щоб забезпечити їм переміщення. Також буде потрібно енергія для випаровування. Коли змінюється стан, температура залишається тією ж. Енергія виділяється у вигляді теплової, а робота виконується сумою сил при об'єднанні молекул.
Енергія залежить від двох чинників: кількості і сили зв'язків. Число зв'язків виступає пропорційною до кількості молекул, а значить масі. Сила грунтується на типі молекул. Теплота обчислюється за формулою:
Q = mLf (плавлення або заморозка).
Q = mLv (випарювання або конденсація).
Тут Lf - прихована теплота плавлення, a Lv - прихована теплота випаровування.
(А) - Енергія витрачається на часткове подолання сил тяжіння між молекулами в твердому тілі з трансформацією в рідину. Вона піде в процес заморозки. (B) - Молекули розділені великими дистанціями при переході від рідини до пару, тому знадобиться багато енергії, щоб подолати молекулярне тяжіння. Коли змінюється стан, температурний показник залишається незмінним
Прихована теплота - інтенсивне властивість, виражена в Дж / кг. Lf і Lv залежать від речовини, особливо від молекулярних сил. Це коефіцієнти прихованого тепла. При зміні стану енергія надходить і видаляється, не викликаючи зміни в температурі, тому вважається прихованою. Плавлення і випаровування виступають ендотермічними процесами, тому що поглинають енергію, а заморожування і конденсація - екзотермічні, так як виділяють її.
Енергія пов'язана зі зміною стану. Припустимо нам потрібно розплавити кілограм льоду, щоб отримати кілограм води при 0 ° C. Візьмемо рівняння для зміни температури і значення для води (334 кДж / кг) і отримаємо Q = mLf = (1.0 кг) (334 кДж / кг) = 334 кДж. Це та кількість енергії, яку потрібно витратити на плавлення води. Для випаровування знадобиться ще більше енергії. 1 кг води перейде в пар при 2256 кДж.
Зміни стану можуть мати стабілізуючим ефектом. Додамо тепло в лід з температурою -20 ° C. Спочатку температура піднімається лінійно, поглинаючи тепло зі стабільною швидкістю 0.50 кал / г⋅C до досягнення нуля. Тут лід почне танути і на фінальній стадії поглине 79.8 кал / г тепла. Як тільки процес плавлення закінчиться, температура води підвищиться, поглинаючи тепло при новій постійної швидкості 1.00 кал / г · С. При температурі 100 ° C запускається кипіння, а температурний показник знову стабільний, поки вода не поглине 539 кал / г тепла. Коли вся рідина перетворюється на пару, температура знову піднімається, поглинаючи тепло зі швидкістю 0.482 кал / г⋅С.
Цей графік показує, як температура залежить від енергії. Тут пар не випаровується, поки не нагріється лід, щоб стати рідкою водою. Довгі відрізки стабільних показників температури при 0 ° C і 100 ° C відображають значне приховане тепло плавлення і випаровування
Обговорюваний перехід станів - сублімація (з твердої речовини в пар). Є також і зворотний процес - осадження. У сублімації є власне приховане тепло Ls.