График плавления олова при 20 градусах

Графики плавления и отвердевания

Урок 15. Физика 8 класс

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Графики плавления и отвердевания»

График плавления и отвердевания тела показывает нам все этапы процесса. Из него мы можем извлечь информацию о температуре плавления тела, например, о том, как долго это тело потребовалось нагревать, чтобы достичь той или иной температуры. Для понимания того, как строятся подобные графики, рассмотрим некоторые примеры.

На рисунке представлен график плавления и отвердевания железа.

В начальный момент времени, температура была равна 1200 о С, и пока она не достигла 1539 о С, плавление не началось. Молекулы сохраняли свой порядок, что характерно для твёрдого тела. По достижении температуры плавления, порядок нарушается, поскольку тело переходит в жидкое состояние. Его температура какое-то время остаётся постоянной, о чем свидетельствует горизонтальный участок графика. После того, как железо полностью расплавилось, температура снова начала увеличиваться. Порядок полностью нарушился, поскольку этот участок графика соответствует периоду, когда железо было полностью жидким. Достигнув отметки 1880 о С, железо перестали нагревать, и температура начала падать. Достигнув температуры кристаллизации, железо начало твердеть. Это заняло какое-то время, в течение которого температура вновь не менялась, начал восстанавливаться порядок. После этого, температура стала ниже температуры отвердевания, и железо вновь стало полностью твёрдым, а порядок молекул восстановился. Этому соответствует последний участок графика.

1. Построить график плавления олова. Температура плавления составляет 232 о С, а начальная температура 200 о С. За 5 мин олово достигнет температуры плавления, и ещё 5 мин будет плавиться. 2,5 мин занимает нагревание олова от температуры плавления до 250 о С, и столько же займет охлаждение до 232 о С.

Итак, возьмём 20 о С за одну клетку по вертикали и 2,5 мин за одну клетку по горизонтали. Тогда первая точка будет иметь координаты 0 минут и 200 градусов, а вторая — 5 минут и 232 градуса. Соединим эти две точки. В этой точке начинается плавление длительностью 5 минут. Температура не меняется, поэтому координаты третьей точки будет 10 минут и 232 градуса. После этого, олово нагревается до 250 градусов за 2,5 минуты, поэтому координаты четвёртой точки будут 12,5 минут и 250 градусов. Это точка является пиком графика, поскольку в этот момент олово достигло наивысшей температуры. Дальше график симметричен, поэтому абсолютно аналогичным способом достраиваем и вторую часть графика.

Для построения этого графика мы использовали некую начальную информацию о теле. Значит, из готового графика можно извлечь информацию.

2. На рисунке представлен график плавления и отвердевания для какого-то вещества.

И нам надо найти ответы на вопросы:

— Какой самой высокой температуры достигло вещество?

Итак, смотрим на график. Вертикальная ось соответствует температуре, следовательно, наивысшая температура соответствует пику графика. Это 1250 о С.

— Какова температура плавления данного вещества?

Температуре плавления соответствуют горизонтальные участки графика, поскольку температура остаётся неизменной во время плавления или кристаллизации. На графике видно, что горизонтальные участки соответствуют температуре 1000 о С, поэтому, это и есть температура плавления.

— Сколько времени заняло плавление, и сколько времени заняла кристаллизация?

На графике мы видим, что по горизонтальной оси, соответствующей времени между отметкой 0 и отметкой 40 — две клетки. Длина горизонтальных отрезков тоже составляет две клетки. Поэтому, и плавление, и кристаллизация заняли по 40 минут.

— Какова скорость нагревания данного вещества в твердом состоянии, и какова скорость нагревания в жидком состоянии?

По вертикальной оси расстояние между отметкой 1000 и отметкой 1250 — одна клетка. Следовательно, расстояние в две клетки соответствует пятистам градусам. Тогда, в начальный момент времени, температура составляла 500 градусов. Мы видим на графике, что температура достигла температуры плавления за 40 минут. Поэтому, скорость нагревания в твердом состоянии равна 500 о С за 40 минут, т.е. 12,5 о С/мин.

На графике видно, что вещество в жидком состоянии нагрелось от 1000 о С до 1250 о С. По горизонтальной оси, длина этого процесса соответствует одной клетке, а, значит, двадцати минутам, т.к. 40 минут — это две клетки. Значит, скорость нагревания в жидком состоянии равна 250 о С за 20 минут, т.е. 12,5 о С/мин.

Читайте также:  Олово легкоплавкий или тугоплавкий металл

Следует помнить о том, что нагревание вещества в твердом состоянии на самом деле может происходить не с той же скоростью, что и нагревание вещества в жидком состоянии. Да и зависимость скорости нагревания или остывания от температуры может быть нелинейной. Несмотря на это, даже из такого графика можно извлечь, некоторую информацию.

Данный график предполагает достаточно сложные математические операции для подробного анализа, с которыми мы познакомимся намного позже. Однако, у нас достаточно знаний, чтобы ответить на следующие вопросы:

— Какая максимальная температура была достигнута данным веществом?

Опять же, обращаемся к самой высокой точке. Она соответствует 450 о С.

Держалась ли в какой-нибудь момент времени постоянная температура свыше 315 о С?

Постоянной температуре будет соответствовать горизонтальный участок графика. На данном графике, такой участок только один. Исходя из того, что отметка 450 о С находится на расстоянии 3 клетки от нулевой отметки по оси температуры, одна клетка соответствует 150 о С, а 2 клетки — 300 о С. Мы видим, что наш горизонтальный участок находится ниже отметки о С градусов, следовательно, температура выше 315 о С не держалась.

— Определите, нагревалось тело или остывало в первые 12 минут?

Одна клетка по горизонтальной оси соответствует 20 минутам. Мы видим, что на промежутке, более длительном, чем 12 минут, температура увеличивалась с течением времени. Следовательно, тело нагревалось.

Определите среднюю скорость нагревания в период с 40 до 100 минут.

Итак, отмечаем на графике интервал от 40 до 100 минут. Мы видим, что в этот период температура менялась по какому-то сложному закону. Однако, мы знаем, что бы ни происходило в этот период, температура возросла от 150 о С до 450 о С за 60 минут. Поэтому, в среднем, тело нагревалось со скоростью 300 о С в час или 5 о С в минуту.

При построении графиков помните, что очень важно соблюдать масштабирование, т.е. равные интервалы, относящиеся к одной и той же величине, обозначать равным количеством клеток.

Источник

Температура плавления олова и свинца

Одним из наиболее распространенных металлов во всем мире можно назвать олово. Оно использовалось кузнецами на протяжении многих столетий для изготовления самых различных вещей. Еще до появления металлургической промышленности кузнецы знали, при какой температуре плавится олово, какими физико-химическими свойствами оно обладает. Важным моментом является то, что сплав олова и меди можно считать первым проявлением развития металлургии как отдельной отрасли. Первое искусственное соединение, созданное человеком, во многом зависело от достаточно низкой температуры плавления соединяемых металлов.

Получение и применение

В чистом виде рассматриваемый элемент не встречается. Он входит в состав касситерита в виде оксида. Много столетий назад этот металл добывался в открытых шахтах, но сегодня подобные месторождения практически не разрабатываются. Для получения олова проводится очистка руды. Концентрация элемента составляет 1%. Для получения 1 килограмма рассматриваемого металла приходится перерабатывать около центнера руды.

Температура плавления свинца и олова относительно невысокая, что определяет возможность использования этих материалов в домашних условиях на момент проведения пайки. Продаются металлы в виде небольшого прутка.

Тот факт, что температура плавления олова и свинца примерно одинаковая, определяет смешивание этих элементов для получения сплава с более привлекательными эксплуатационными качествами. Кроме этого, в олово могут добавлять серебро, медь и другие элементы.

Проведение плавки металла

У олова температура плавления во многом зависит от того, есть ли примеси. Температура, при которой металл становится пластичным или жидким, может варьировать в пределе от 145 до 250 градусов Цельсия в зависимости от состава. При необходимости можно провести расплавку большого количества металла для его заливки по форме.

При выборе материала для создания формы учитываются нижеприведенные моменты:

  1. Структура не должна смачиваться жидким оловом. В противном случае форма может изменить свои размеры.
  2. Используемый материал должен выдерживать воздействие температуры не ниже 250 градусов Цельсия. В противном случае после заливки форма потеряет свои основные эксплуатационные качества.

Стоит учитывать, что в жидкой форме рассматриваемый металл может окисляться при контакте с воздухом. Твердое вещество, наоборот, обладает повышенной устойчивостью к кислородной коррозии.

Довольно большое распространение в электротехнике получил трехкомпонентный сплав, основой которого стал свинец. В качестве дополнительных компонентов могут использоваться олово и серебро. При производстве подобного сплава уделяется внимание тому, что концентрация металла не должна быть менее 95%. При подобном варианте сочетание веществ температура плавления составляет около 220 градусов Цельсия.

Читайте также:  Олово химический элемент степень окисления

Изготовление припоя

Для того чтобы повысить эксплуатационные характеристики припоя, в его состав добавляется небольшое количество сурьмы. Подобный вариант исполнения припоя применяется для пайки различных радиодеталей, особенно ответственных участков.

При выборе припоя следует уделить внимание и сплаву с серебром в составе. Его эксплуатационными качествами можно назвать:

  1. Существенно повышается срок эксплуатации. За счет серебра структура становится более устойчивой к процессу окисления.
  2. За счет повышения концентрация серебра появляется возможность использовать припой при изготовлении различных деталей промышленной техники. Однако серебро существенно повышает стоимость сплава, а также изготавливаемого изделия. Именно поэтому сплавы с высокой концентрацией серебра используют для изготовления важных деталей.

Проводится добавление в состав цинка, но подобные сплавы пользуются меньшей популярностью. Это связано с достаточно высокой химической активностью цинка. За счет взаимодействия с окружающей средой подобный сплав быстро разрушается. На основе цинкосодержащей смеси производятся припайные пасты, которые имеют относительно небольшой срок службы. Температура плавления в этом случае составляет 200 градусов Цельсия.

На протяжении многих лет используется и чистое олово в качестве полупроводникового припоя. Температура плавления этого элемента в чистом виде составляет 240 градусов Цельсия. Применяются они исключительно в промышленности, что связано с высокой стоимостью. В чистом виде из-за существенного повышения температуры структура олова перестраивается, на поверхности появляются черные пятна, которые указывают на существенное ухудшение основных качеств.

Источник

Агрегатные состояние вещества. Плавление и отвердевание кристаллических тел. График плавления и отвердевания кристаллических тел. Удельная теплота плавления

Решебник к сборнику задач по физике для 7- 9 классов, Перышкин А.В.

820. Чем отличаются молекулы воды от молекул водяного пара?
Молекулы одинаковые. Различны расстояния между ними и скорости их движения.

821. Отличаются ли молекулы железа в болванке от молекул железа в расплавленном состоянии?
Нет.

822. С помощью таблиц определите, у какого вещества температура плавления выше: у серебра или стеарина?
Температура плавления серебра выше.

823. В сосуде с водой при 0 °С плавают куски льда. Что будет происходить: лед таять или вода замерзать? От чего это зависит?
При сохранении температуры воды система будет находиться в равновесии – лед не будет таять, а вода не будет замерзать.

824. Почему при плавлении или отвердевании температура тел не меняется?
Потому что вся энергия тратится на разрушение или восстановление кристаллической решетки.

825. Существует ли температура плавления для аморфных тел?
Нет.

826. Используя табличные данные, определите, у какого вещества температура плавления выше: у цезия или золота.
Температура плавления золота больше.

827. Можно ли для измерения температуры наружного воздуха использовать термометры со ртутью?
Нельзя, так как ртуть замерзает при -38,83°С.

828. В помещение, температура в котором 0 °C, внесли тающий лед. Будет ли он в этом помещении таять?
При сохранении постоянной температуры лед таять не будет.

829. Будет ли плавиться серебро, если его бросить в расплавленное железо?
Температура плавления серебра меньше температуры плавления железа, поэтому серебро будет плавиться.

830. Почему весной возле реки с плывущими по ней льдинами холоднее, чем вдали от нее?
Потому что льдины поглощают тепло.

831. Вода массой 125 кг при 0 °С превратилась в лед. Какое количество теплоты при этом выделилось?

832. Домашним ледником может служить ящик с двойными стенками, пространство между которыми заполнено льдом. Почему внутри такого ледника даже летом температура не поднимается выше 0 °С?
Лед будет постоянно охлаждать ящик, и температура внутри такого ледника не будет подниматься выше 0°С.

833. Почему поставленный на огонь чайник, когда в нем есть вода, просто кипит, а будучи пустым – раскаляется докрасна?
Потому что стенки чайника ведут теплообмен с водой и не раскаляются больше температуры кипения воды.

834. Будет ли плавиться свинец, если его довести до точки плавления и затем прекратить нагрев?
Не будет.

835. Удельная теплота плавления олова равна 59 кДж/кг. Что это означает?
Чтобы расплавить 1 кг олова нужно затратить 59 кДж энергии.

836. Во сколько раз больше теплоты идет на плавление 2 кг чугуна, чем на нагревание 2 кг чугуна на 1 °С?

837. Лед массой 3 кг при температуре 0 °С растаял. Сколько энергии при этом было затрачено?

838. Кусок алюминия массой 10 кг, взятый при температуре плавления 660 °С, полностью расплавился. Какое для этого потребовалось количество теплоты?

839. На рисунке 85 дан график изменения температуры твердого тела при нагревании.
Определите по этому графику:
а) при какой температуре плавится это тело;
б) как долго длилось нагревание от 60° до точки плавления;
в) как долго длилось плавление;
г) до какой температуры было нагрето вещество в жидком состоянии.

а) тело плавится при температуре 80°С;
б) нагревание длилось 4 мин;
в) плавление длилось 4 мин;
г) максимальная температура нагрева вещества 87,5°.

Читайте также:  Что такое выливание оловом

840. Почему для измерения температуры наружного воздуха в холодных районах применяют термометры со спиртом, а не с ртутью?
При низких температурах ртуть замерзает, а спирт — нет.

841. Будет ли плавиться олово, если его бросить в расплавленный свинец?
Будет, потому что температура плавления олова ниже, чем у свинца.

842. Чем выше температура накаленного тела, тем ярче оно светится. Волоски электрических ламп делают из металлов вольфрама, тантала и иридия. Чем можно объяснить употребление этих металлов для нитей лампочек?
Данные металлы обладают высокой температурой плавления и малой удельной теплоемкостью. Это позволяет нагревать металл до высоких температур, не расплавляя его.

843. В каком состоянии находится спирт при температуре -120 °С?
При данной температуре спирт замерзает и становится твердым телом.

844. В каком состоянии находится железо при температуре 1500 °С?
Температура плавления железа 1538°С, поэтому при 1500°С железо остается в твердом состоянии.

845. Кусок меди массой 4 кг расплавился. На сколько увеличилась его внутренняя энергия?

846. Сколько энергии понадобится для расплавления свинца массой 10 кг, взятого при температуре плавления?

847. Сколько энергии будет затрачено для расплавления свинца массой 10 кг, взятого при начальной температуре 27 °С?

848. Какое количество теплоты затрачено на расплавление 1 т железа, взятого при температуре 10 °С?

849. Свинец объемом 10 см3, взятый при начальной температуре 20 °С, полностью расплавился. Какое количество теплоты было при этом затрачено?

850. На плавление какого металла, взятого при температуре 20 °С, нужно большее количество энергии: на 1 г меди или 1 г серебра? На сколько больше?

851. В каком случае требуется большее количество энергии и на сколько: на плавление 1000 кг железа или 1000 кг алюминия, если и железо, и алюминий взяты при начальной температуре 10 °С?

852. На рисунке 86 изображены графики зависимости температуры от времени для слитка свинца (I) и слитка олова (II) одинаковой массы. Количество теплоты, получаемое каждым телом в единицу времени, одинаково. Определите по графику:
1) У какого слитка температура плавления выше?
2) У какого металла больше удельная теплоемкость?
3) У какого металла больше удельная теплота плавления?

1) у слитка свинца температура плавления выше;
2) удельная теплоемкость олова больше;
3) удельная теплота плавления у олова больше.

853. Нагревают два сосуда: в одном находится 0,2 кг воды при температуре 0 °С, в другом – 200 г снега. Одинаково ли будет повышаться температура в сосудах при одинаковой мощности нагревателя? Постройте график зависимости температуры каждого сосуда от получаемого количества теплоты.

854. Какое количество теплоты потребуется для превращения 10 кг льда в воду при 0 °С?

855. Какое количество теплоты потребуется для превращения 150 кг льда с температурой -8 °С в воду при температуре 0 °С?

856. Рассчитайте количество теплоты, потребное для превращения 20 кг льда при -4 °С в воду при 100 °С.

857. В банке содержится 2 кг воды при температуре 18 °С. Какое количество теплоты отдает вода охлаждающей смеси, в которую погружена банка, если вся вода в банке превращается в лед с температурой 0 °С?


858. В медный калориметр весом 200 г налито 100 г воды при 16 °С. В воду бросили кусочек льда при 0°С весом 9,3 г, который целиком расплавился. Окончательная температура воды после этого установилась 9 °С. Определите на основании этих данных удельную теплоту плавления льда.

859. Какое количество теплоты потребно для расплавления 1 кг железа, взятого при температуре 20 °С?

860. В 5 л воды при температуре 40 °С опустили 3 кг льда. Сколько льда растает?

861. В калориметр налили 0,2 кг воды при температуре 25 °С. Какова будет температура этой воды, если в ней растает 5 г льда?

862. Ледяной калориметр представляет собой массивный куб из льда, внутри которого выдолблено углубление и закрыто толстой крышкой из льда (рис. 87). В такой калориметр положили латунную гирю массой 1000 г, нагретую до 100 °С. Сколько граммов льда растает в этом калориметре к тому моменту, когда гиря остынет до 0 °С?

863. КПД спиртовки 10%. Сколько нужно сжечь спирта в спиртовке, чтобы расплавить 1 кг льда при 0 °С?

864. Сколько требуется сжечь каменного угля в печи, чтобы расплавить 100 т чугуна, взятого при температуре 20 °С, если КПД печи 40%?

865. В водопаде высотой 32 м ежесекундно падает 3,5 м3 воды. Какое количество энергии можно получить в час от этого водопада? Какое количество каменного угля надо сжигать каждый час, чтобы получить то же самое количество энергии?

Источник