График плавления отвердевания олова

График плавления и отвердевания кристаллических тел

Содержание

Если вещество в твердом состоянии будет отдавать энергию – оно будет остывать. При этом с определенной температуры начинает происходить процесс плавления – тело переходит из твердого состояния в жидкое.

Если же мы будем сообщать энергию жидкости (нагревать ее), то с определенной температуры начнется процесс отвердевания (кристаллизации). Жидкость перейдет в твердое состояние.

Процесс плавления кристаллического тела довольно сложный. Для того, чтобы более детально его изучить, мы рассмотрим график зависимости температуры твердого тела от времени его последовательного нагревания и охлаждения.

График плавления льда и отвердевания воды

В качестве кристаллического тела будем рассматривать лёд. График плавления льда и отвердевания воды изображен на рисунке 1. Здесь по горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной – температура льда. Для нагревания льда будем использовать обычную горелку.

Рисунок 1. График зависимости температуры льда от времени нагревания

Разберем каждый участок графика.

1. Точка A
   Это наша начальная точка, начало наблюдения за процессом. Здесь температура льда была равна $-40 \degree C$

1. Участок AB
   Идет нагревание льда, его температура увеличивается с $-40 \degree C$ до $0 \degree C$

1. Точка B
   Достигнув температуры $0 \degree C$, лед начинает плавится. Это его температура плавления.

1. Участок BC
   Лед плавится, но его температура в это время не увеличивается. Процессу плавления соответствует именно этот участок графика.

В течение всего времени плавления температура льда не меняется, хотя мы продолжаем его нагревать

1. Точка C
   В этот момент весь лед расплавился и превратился в воду

1. Участок CD
   На это участке графика идет нагревание воды до $+40 \degree C$

1. Точка D
   Вода имеет температуру $+40 \degree C$. В этот момент мы выключаем горелку

1. Участок DE
   Температура воды снижается, она охлаждается

1. Точка E
   Температуры воды достигает $0 \degree C$. Начинается ее отвердевание (кристаллизация)

1. Участок EF
   На этом участке графика идет процесс отвердевания (кристаллизации) воды.

Пока вся вода не затвердеет, ее температура не изменится

1. Точка F
   В этот момент вся вода превратится в лёд

1. Участок FK
   Температура льда понижается

Графики плавления олова и свинца

На графиках часто указывают какой-то один процесс (либо отвердевание, либо плавление), но для нескольких веществ. Это делается для наглядного сравнениях их свойств.

Подобный график представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Графики для процесса плавлении олова и свинца

Процесс плавления олова соответствует участку CD, а процесс плавления свинца – участку AB.

Участок AB находится выше участка CD. Это означает, что свинец имеет большую температуру плавления, чем олово. На графике отмечены эти температуры. Для свинца это $327 \degree C$, а для олова $232 \degree C$.

Также мы можем судить о времени процесса плавления. Участок AB имеет большую длину, чем участок CD. Значит, свинец плавился большее время, чем олово. При этом, свинец начал плавиться раньше.

Источник

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.

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

Плавление и отвердевание кристаллических тел

Содержание

Одно и то же вещество может находиться в трех разных агрегатных состояниях в зависимости от условий. Например, лед, вода и водяной пар (рисунок 1).

Соответственно, это одно вещество в твердом, жидком и газообразном состоянии. Эти состояния отличаются друг от друга расположением, характером движения и взаимодействия молекул. В жидких и твердых телах, в отличии от газов, молекулы не могут далеко удалиться друг от друга. Изначально они расположены близко друг к другу и их средняя кинетическая энергия недостаточна для того, чтобы совершить работу по преодолению сил молекулярного притяжения.

Тем не менее, на практике мы часто наблюдаем, как тела переходят из твердого состояния в жидкое, и наоборот. Например, процесс таяния льда или его замерзания. В данном уроке мы более подробно рассмотрим эти процессы, узнаем при каких условиях они проходят.

Плавление и температура плавления

• Если мы сообщим телу достаточную энергию, то возможно перевести его из твердого состояния в жидкое (расплавить лед) и из жидкого в газообразное (превратить воду в пар)
• Если же тело будет отдавать энергию, то оно может перейти из газообразного состояния в жидкое и из жидкого в твердое

Плавление – это переход вещества из твердого состояния в жидкое.

Чтобы началось плавление тела, его необходимо нагреть до определенной температуры.

Температура плавления вещества – это температура, при которой вещество плавится.

Разные вещества плавятся при разных температурах. Лед начнет плавится, если мы возьмем его в руку, а чтобы расплавить железо понадобится специальная печь. Кусок олова или свинца можно расплавить в стальной ложке.

В таблице 1 представлены температуры плавления различных веществ. Вы можете заметить, что их диапазон очень широк.

Вещество	$t_<пл>, \degree C$	Вещество	$t_<пл>, \degree C$
Водород	-259	Цинк	420
Кислород	-219	Алюминий	660
Азот	-210	Серебро	962
Спирт	-114	Латунь	1000
Ртуть	-39	Золото	1064
Лед		Медь	1085
Цезий	29	Чугун	1200
Калий	63	Сталь	1500
Натрий	98	Железо	1539
Олово	232	Платина	1772
Свинец	327	Осмий	3045
Янтарь	360	Вольфрам	3387

Таблица 1. Температура плавления некоторых веществ (при нормальном атмосферном давлении)

Отвердевание и температура отвердевания

Процесс, обратный плавлению, называется отвердеванием или кристаллизацией.

Отвердевание (кристаллизация) – это переход вещества из жидкого состояния в твердое.

Чтобы началось отвердевание тела, оно должно остыть до определенной температуры.

Температура отвердевания (кристаллизации) вещества – это температура, при которой вещество отвердевает (кристаллизуется).

Доказано, что вещества плавятся при той же температуре, при которой отвердевают. Что это означает? Например, вода кристаллизуется при $0 \degree C$. А лед при этой же температуре плавится.

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°.

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