Back to the topics list

промена на состојбата на материјата

Постојат три состојби/фази на материјата и тоа цврста, течна и гасна. Истата материја може да постои во сите три фази под различни услови на температура и притисок. На пример, мразот (цврст) на 0° кога ќе се загрее станува вода (течност) на 0°C, која при дополнително загревање се менува во пареа (гас) на 100°C. Така, при еден атмосферски притисок, водата се наоѓа во сите три фази на различни температури.

Процесот на промена од една во друга состојба при константна температура се нарекува промена на фазата . Донесен е поради размена на топлина.
Промената од цврста во течна фаза е позната како топење , додека обратната промена од течна во цврста се нарекува замрзнување. Промената од течност во пареа е позната како испарување, додека обратната промена од гас во течност се нарекува кондензација (или втечнување). Директната промена од цврста во пареа се нарекува сублимација , а обратната промена од пареа во цврста се нарекува таложење.

ТОПЕЊЕ И ЗАМРЗНУВАЊЕ

Промената на цврстата во течна фаза со апсорпција на топлина на константна температура се нарекува топење. На постојана температура при која цврстото тело се менува во течност се нарекува точка на топење на цврстото тело. Обратна промена од течна во цврста фаза со ослободување на топлина на константна температура се нарекува замрзнување, а температурата на која течноста се замрзнува во цврста се нарекува нејзина точка на замрзнување. Топлинската енергија се апсорбира при топење и се отфрла при замрзнување на константна температура.

Кривата на загревање на мразот за време на топењето

Погледнете го графиконот погоре. Температурата на мразот останува константна еднаква на 0 °C во делот AB додека не се стопи целиот мраз. Топлината што се снабдува во ова време се користи за топење на мразот. По ова, температурата на водата формирана со топење на мразот почнува да расте од 0 °C (дел п.н.е.).

ПАРУВАЊЕ ИЛИ ВРИЕЊЕ

Промената од течна во гасна (или пареа) фаза при апсорпција на топлина на константна температура се нарекува испарување. Конкретната температура на која се случува испарувањето се нарекува точка на вриење на течноста. Слично на тоа, промената од фаза на пареа во течна фаза при ослободување на топлина на константна температура се нарекува кондензација, а одредената температура на која се јавува кондензацијата се нарекува точка на кондензација на пареата.
Топлинската енергија се апсорбира на константна температура за време на испарувањето, додека истото количество топлинска енергија се ослободува при кондензација на таа температура за иста маса на супстанцијата.

Кривата на загревање на водата

Во точката А, водата е на собна температура (20°C), а потоа со апсорпција на топлинска енергија, температурата на водата постојано расте во делот АБ каде што е во течна состојба. Во точката Б започнува вриењето и температурата не се зголемува понатаму во дел од н.е.

Зошто додаваме сол додека готвиме пулсира? Ова се заснова на фактот дека додавањето нечистотии ја зголемува точката на вриење на водата. Додаваме сол додека ги готвиме пулсирата, така што водата дава доволно топлинска енергија на содржината пред да зоврие и така готвењето станува полесно и побрзо. Зошто е потребно подолго време да се готви храна во ридовите отколку во рамнините? Ова се заснова на фактот дека точката на вриење се намалува со намалување на притисокот. На големи надморски височини како ридови или планини, атмосферскиот притисок е низок, затоа на овие места водата врие на температура пониска од 100 °C и затоа не ја обезбедува потребната топлинска енергија на содржината за готвење. Така, готвењето на такви места трае многу подолго.

ЛАТЕНТНА ТОПЛИНА И СПЕЦИФИЧНА ЛАТЕНТНА ТОПЛИНА

За време на промената на фазата на супстанцијата која се одвива на константна температура, значително количество топлинска енергија се апсорбира или ослободува.   Бидејќи топлинската енергија апсорбирана или ослободена при промена на фазата не се манифестира надворешно со какво било зголемување или пад на температурата, таа се нарекува Латентна топлина.
Латентната топлина, кога се изразува за единица маса на супстанцијата, се нарекува специфична латентна топлина и се означува со симболот L.

Единицата SI на специфична латентна топлина е J kg ^-1 , други вообичаени единици се cal g ^-1 .
1 cal g ^-1 = 4,2 × 10 ³ J kg ^-1

Топлината на фузијата е топлинска енергија што мора да се повлече за да се зацврсти одредена маса или количина на течност или да се додаде за да се стопи одредена маса или количина на цврсто тело. Се нарекува и латентна топлина на фузија. Латентна топлина на испарување е топлината што се троши или испушта кога материјата се распаѓа, менувајќи ја состојбата од течна во гасна состојба на конзистентна температура.
Специфичната латентна топлина на фузија на мраз е топлинската енергија потребна за топење на единица маса на мраз на 0 °C до вода на 0 °C без никаква промена на температурата. Специфична латентна топлина на замрзнување на мраз е топлинската енергија ослободена/ослободена кога единица маса на вода на 0 °C замрзнува во мраз на 0 °C без никаква промена на температурата. За мраз, специфичната латентна топлина на фузија е 336000 J kg ^-1 , што значи дека 1 kg мраз на 0 °C апсорбира 336000 J топлинска енергија за да се претвори во вода на 0 °C. За испарување, тоа е количината на топлина (540 cal g ⁻¹ ) што се очекува да се промени од 1 g вода до 1 g воден чад. Слична мерка на топлина се ослободува при движењето на сцената за време на акумулацијата на 1 g воден чад на 1 g вода.

Објаснување на латентна топлина на фузија врз основа на кинетичкиот модел
Според кинетичкиот модел, молекулите во цврсто тело вибрираат околу нивната средна положба. Вкупната енергија на молекулата е збир на кинетичката енергија (која зависи од температурата) поради нејзиното движење и нејзината потенцијална енергија (која зависи од силата на привлекување помеѓу молекулите и одвојувањето меѓу нив). Кога цврстото се претвора во течност без промена на температурата, просечната кинетика на молекулите не се менува, но одвојувањето помеѓу молекулите во просек се зголемува. Потребна е одредена енергија за да се зголеми одвојувањето против привлечните сили помеѓу молекулите (т.е. за зголемување на потенцијалната енергија на молекулите). Така, топлинската енергија обезбедена за време на топењето се користи само за зголемување на потенцијалната енергија на молекулите и се нарекува латентна топлина на топење.

Примери

• Снегот на планините не се топи одеднаш: Причината е што мразот има висока специфична латентна топлина на фузија (336000 J kg ^-1 ). Полека се менува во вода бидејќи добива топлинска енергија од сонцето. Ако латентната топлина би била ниска, целиот снег ќе се стопи за кратко време кога ќе добие топлина од сонцето и ќе има поплави во реките.
• Во студените земји водата во езерата и езерата не замрзнува одеднаш: Причината е што специфичната латентна топлина на спојување на мразот е доволно висока, поради што водата во езерата и езерата ќе треба да ослободи големо количество топлина за околината пред замрзнување. Слојот мраз формиран над површината на водата како слаб спроводник на топлина, исто така, ќе го спречи губењето на топлината од водата на езерото, па затоа не се замрзнува одеднаш.
• Пијалоците побрзо се ладат со додавање парче мраз отколку со мраз ладна вода на 0 °C: Тоа е затоа што 1 грам мраз на 0 °C бара 336 J топлинска енергија од пијалокот за да се стопи во водата на 0 °C. В. Така, пијалоците ослободуваат дополнителни 336 J топлинска енергија до 1 грам мраз на 0 °C, отколку до 1 грам мраз ладна вода на 0 °C.

• Потењето предизвикува ладење: потењето е животна функција на телото која помага да се регулира температурата на вашето тело. Кога времето е топло или температурата на вашето тело се зголемува поради вежбање или треска, потта се ослободува преку каналите во вашата кожа. Содржи 90% вода. Капките пот присутни на вашето тело ја користат топлината на телото за фазната транзиција од течност во пареа. Ова резултира со ефект на ладење кој помага да се одржи температурата на телото и да се лади телото.
• Секогаш внимавајте додека го отворате капакот на тенџерето кога водата во него врие: Водата има голема специфична латентна топлина на испарување. Кога пареата се кондензира на кожата на вашата рака, се ослободува многу голема количина на латентна топлина, што предизвикува сериозни изгореници.

Прашање 1: Колку топлинска енергија е потребна за да се стопат 10 kg мраз? (Специфична латентна топлина на мраз = 336 J g ^-1 )
Решение: m = 10 kg, L = 336 J g ^-1
Потребна топлинска енергија = mL = 10000 × 336 = 3360000 J

Прашање 2: Температурата на 250 грама вода на 40 °C се намалува на 0 °C со додавање мраз на неа. Најдете ја додадената маса на мраз. (Специфичната латентна топлина мраз е 336 J g ^-1 и специфичниот топлински капацитет на водата е 4,2 J g ^-1 K ^-1 )
Решение: Топлинска енергија изгубена од водата = топлинска енергија добиена од мразот
Падот на температурата е 40 − 0 = 40 °C.
Изгубена топлина со вода = m⋅c⋅Δt = 250 × 4,2 × 40 = 42000 J
Топлина добиена со мраз = 42000 = маса на мраз × 336 ⇒ маса на мраз = 42000 ∕ 336 = 125 g

Прашање 3: 10125 J топлинска енергија зоврива 4,5 грама вода на 100°c до пареа на 100°c, најдете ја латентната топлина на пареата во SI единици.
Решение: Латентна топлина на пареа L = 10125 J ∕ (4,5 × 10 ^-3 ) kg = 2250 × 10 ³ J∕kg