Back to the topics list

mabadiliko ya hali ya jambo

Kuna hali/awamu tatu za maada yaani kigumu, kimiminiko na gesi. Jambo sawa linaweza kuwepo katika awamu zote tatu chini ya hali tofauti za joto na shinikizo. Kwa mfano, barafu (imara) katika 0 ° inapopashwa joto huwa maji (kioevu) kwa 0 °C, ambayo inapokanzwa zaidi hubadilika kuwa mvuke (gesi) ifikapo 100 °C. Hivyo kwa shinikizo moja la anga, maji hupatikana katika awamu zote tatu kwa joto tofauti.

Mchakato wa mabadiliko kutoka hali moja hadi nyingine kwa joto la mara kwa mara huitwa mabadiliko ya awamu . Inaletwa kutokana na kubadilishana kwa joto.
Mabadiliko kutoka kwa kigumu hadi awamu ya kioevu hujulikana kama kuyeyuka , wakati mabadiliko ya ubadilishaji kutoka kioevu hadi ngumu huitwa kuganda. Mabadiliko kutoka kioevu hadi mvuke hujulikana kama uvukizi, wakati mabadiliko ya kinyume kutoka gesi hadi kioevu huitwa condensation (au liquefaction). Badiliko la moja kwa moja kutoka kigumu hadi mvuke huitwa usablimishaji na badiliko la kinyume kutoka mvuke hadi kigumu huitwa utuaji.

KUYEyuka na kuganda

Mabadiliko ya awamu ya kigumu hadi kioevu kwa kunyonya joto kwa joto la mara kwa mara huitwa kuyeyuka. The joto lisilobadilika ambalo kigumu hubadilika kuwa kioevu huitwa kiwango cha kuyeyuka cha kigumu. Mabadiliko ya kinyume kutoka kwa kioevu hadi awamu ngumu na ukombozi wa joto kwenye joto la kawaida huitwa kuganda na halijoto ambayo kioevu huganda hadi kigumu huitwa kiwango chake cha kuganda. Nishati ya joto huingizwa wakati wa kuyeyuka na inakataliwa wakati wa kufungia kwa joto la kawaida.

Curve ya joto ya barafu wakati wa kuyeyuka

Angalia grafu hapo juu. Joto la barafu hubaki sawa na 0 °C katika sehemu ya AB hadi barafu nzima kuyeyuka. Joto linalotolewa wakati huu hutumiwa kuyeyusha barafu. Baada ya hayo, joto la maji linaloundwa na barafu inayoyeyuka huanza kupanda kutoka 0 °C (sehemu ya BC).

KUVUTIZWA AU KUCHEMSHA

Mabadiliko kutoka kwa kioevu hadi gesi (au mvuke) wakati wa kunyonya joto kwa joto la kawaida huitwa vaporization. Joto fulani ambalo mvuke hutokea huitwa kiwango cha kuchemsha cha kioevu. Vile vile, mabadiliko kutoka kwa mvuke hadi awamu ya kioevu wakati wa ukombozi wa joto kwa joto la mara kwa mara huitwa condensation na halijoto fulani ambayo condensation hutokea inaitwa hatua ya condensation ya mvuke.
Nishati ya joto huingizwa kwa joto la mara kwa mara wakati wa uvukizi, wakati kiasi sawa cha nishati ya joto hutolewa wakati wa condensation kwa joto hilo kwa molekuli sawa ya dutu.

Curve ya kupokanzwa kwa maji

Katika hatua A, maji huwa kwenye joto la kawaida (20°C) na kisha kwa kufyonzwa kwa nishati ya joto, halijoto ya maji hupanda mfululizo katika sehemu ya AB ambapo iko katika hali ya kimiminika. Katika hatua B, mchemko unapoanza na halijoto haipande zaidi katika sehemu ya KK, nishati ya joto hufyonzwa kila mara na inawakilisha uchemkaji wa maji, ikiwa B kama sehemu ya kuchemka ya maji.

Kwa nini tunaongeza chumvi tunapopika kunde? Hii inategemea ukweli kwamba kuongeza uchafu huongeza kiwango cha kuchemsha cha maji. Tunaongeza chumvi tunapopika kunde, maji hivyo basi hutoa nishati ya kutosha ya joto kwa yaliyomo kabla ya kuchemsha na hivyo kupikia inakuwa rahisi na haraka. Kwa nini inachukua muda mrefu kupika chakula katika milima kuliko katika tambarare? Hii inategemea ukweli kwamba kiwango cha kuchemsha hupungua kwa kupungua kwa shinikizo. Katika miinuko ya juu kama vile vilima au milima, shinikizo la anga ni la chini, kwa hiyo katika maeneo haya, maji huchemka kwa joto la chini ya 100 ° C na hivyo haitoi nishati ya joto inayohitajika kwa maudhui yake ya kupikia. Kwa hivyo kupikia huchukua muda mrefu zaidi katika maeneo kama haya.

JOTO LATENT NA JOTO MAALUM LATENT

Wakati wa mabadiliko ya awamu ya dutu ambayo hufanyika kwa joto la mara kwa mara kiasi kikubwa cha nishati ya joto huingizwa au kutolewa.   Kwa kuwa nishati ya joto inayofyonzwa au kukombolewa katika mabadiliko ya awamu haidhihirishwi nje na kupanda au kushuka kwa halijoto, inaitwa joto Fiche.
Joto fiche, linapoonyeshwa kwa kitengo cha misa ya dutu, huitwa joto maalum lililofichika na huonyeshwa kwa ishara L.

Kitengo cha SI cha joto maalum latent ni J kg ^-1 , vitengo vingine vya kawaida ni cal g ^-1 .
1 cal g ^-1 = 4.2 × 10 ³ J kg ^-1

Joto la muunganisho ni nishati ya joto ambayo lazima iondolewe ili kuimarisha misa au kiasi fulani cha maji au kuongezwa ili kuyeyusha misa fulani au kiasi cha kigumu. Pia inaitwa joto la siri la fusion. Joto fiche la mvuke ni joto linalotumiwa au kutolewa wakati maada inapotengana, na kubadilisha hali kutoka kwa umajimaji hadi hali ya gesi kwa halijoto thabiti.
Joto mahususi lililofichika la muunganisho wa barafu ni nishati ya joto inayohitajika kuyeyusha kipande cha barafu kwa 0 °C hadi maji kwa 0 °C bila mabadiliko yoyote ya joto. Joto mahususi lililofichika la kuganda kwa barafu ni nishati ya joto iliyotolewa/kutolewa wakati ujazo wa ujazo wa maji katika 0 °C unapoganda na kuwa barafu kwa 0 °C bila mabadiliko yoyote ya joto. Kwa barafu, joto maalum lililofichika la muunganisho ni 336000 J kg ^-1 , ambayo ina maana kwamba kilo 1 ya barafu katika 0 °C inachukua 336000 J ya nishati ya joto ili kubadilisha maji kwa 0 °C. Kwa uvukizi, ni kiasi cha joto (540 cal g ^-1 ) kinachotarajiwa kubadilika zaidi ya 1 g ya maji hadi 1 g ya moshi wa maji. Kipimo sawa cha joto hutolewa katika hatua ya hatua wakati wa mkusanyiko wa 1 g ya mafusho ya maji hadi 1 g ya maji.

Ufafanuzi wa joto la siri la fusion kwa misingi ya mfano wa kinetic
Kulingana na modeli ya kinetiki, molekuli katika mtetemo thabiti kuhusu nafasi yao ya wastani. Nishati ya jumla ya molekuli ni jumla ya nishati ya kinetic (ambayo inategemea joto) kutokana na mwendo wake na nishati yake inayowezekana (ambayo inategemea nguvu ya mvuto kati ya molekuli na kujitenga kati yao). Imara inapobadilika kuwa kioevu bila mabadiliko ya halijoto, kinetiki ya wastani ya molekuli haibadiliki lakini utengano kati ya molekuli kwa wastani huongezeka. Nishati fulani inahitajika ili kuongeza utengano dhidi ya nguvu zinazovutia kati ya molekuli (yaani, kwa ongezeko la nishati inayoweza kutokea ya molekuli). Kwa hivyo nishati ya joto inayotolewa wakati wa kuyeyuka hutumiwa tu katika kuongeza uwezo wa nishati ya molekuli na inaitwa joto fiche la kuyeyuka.

Mifano

• Theluji juu ya milima haiyeyuki yote kwa wakati mmoja: Sababu ni kwamba barafu ina joto maalum la juu la muunganisho (336000 J kg ^-1 ). Inabadilika kuwa maji polepole inapopata nishati ya joto kutoka kwa jua. Ikiwa joto lililofichwa lingekuwa chini, theluji yote ingeyeyuka kwa muda mfupi baada ya kupata joto kutoka jua na kungekuwa na mafuriko katika mito.
• Katika nchi za baridi, maji katika maziwa na mabwawa hayagandi mara moja: Sababu ni kwamba joto maalum la fiche la muunganisho wa barafu ni kubwa vya kutosha, kwa sababu ambayo maji katika maziwa na madimbwi yatalazimika kukomboa kiwango kikubwa cha joto. jirani kabla ya kufungia. Tabaka la barafu linaloundwa juu ya uso wa maji likiwa kondakta duni wa joto pia litazuia upotevu wa joto kutoka kwa maji ya ziwa kwa hivyo haligandi yote mara moja.
• Vinywaji hupozwa haraka zaidi kwa kuongeza kipande cha barafu kuliko maji ya barafu kwa 0 °C: Hii ni kwa sababu gramu 1 ya barafu kwenye 0 °C inachukua 336 J ya nishati ya joto kutoka kwa kinywaji kuyeyuka ndani ya maji kwa 0 °. C. Vinywaji hivi huokoa 336 J ya ziada ya nishati ya joto hadi gramu 1 ya barafu kwa 0 ° C, kuliko hadi gramu 1 ya maji ya barafu kwa 0 ° C.

• Kutokwa na jasho husababisha kupoa: Kutokwa na jasho ni kazi ya mwili inayookoa maisha ambayo husaidia kudhibiti joto la mwili wako. Wakati hali ya hewa ni ya joto au joto la mwili wako linapoongezeka kwa sababu ya mazoezi au homa, jasho hutolewa kupitia mirija kwenye ngozi yako. Ina 90% ya maji. Matone ya jasho yaliyopo kwenye mwili wako hutumia joto la mwili kwa mpito wa awamu kutoka kioevu hadi mvuke. Hii inasababisha athari ya baridi ambayo husaidia kudumisha joto la mwili na kupunguza mwili.
• Kuwa mwangalifu kila wakati unapofungua kifuniko cha chungu wakati maji ndani yake yanachemka: Maji yana joto kubwa la siri la mvuke. Wakati mvuke hupungua kwenye ngozi ya mkono wako, kiasi kikubwa sana cha joto la latent hutolewa, ambayo husababisha kuchoma kali.

Swali la 1: Ni kiasi gani cha nishati ya joto kinahitajika kuyeyusha kilo 10 za barafu? (joto maalum la barafu lililofichika = 336 J g ^-1 )
Suluhisho: m = 10 kg, L = 336 J g ^-1
Nishati ya joto inahitajika = mL = 10000 × 336 = 3360000 J

Swali la 2: Joto la gramu 250 za maji kwa 40 °C hupunguzwa hadi 0 °C kwa kuongeza barafu ndani yake. Pata wingi wa barafu ulioongezwa. (barafu maalum iliyofichika ni 336 J g ^-1 na uwezo maalum wa joto wa maji ni 4.2 J g ^-1 K ^-1 )
Suluhisho: Nishati ya joto inayopotea na maji = nishati ya joto inayopatikana na barafu
Kushuka kwa joto ni 40 − 0 = 40 °C.
Joto lililopotea na maji = m⋅c⋅Δt = 250 × 4.2 × 40 = 42000 J
Joto linalopatikana kwa barafu = 42000 = wingi wa barafu × 336 ⇒ wingi wa barafu = 42000 ∕ 336 = 125 g

Swali la 3: 10125J ya nishati ya joto huchemka kutoka 4.5gm za maji kwa 100°c hadi mvuke ifikapo 100°c, tafuta joto fiche la mvuke katika vitengo vya SI.
Suluhisho: Joto fiche la mvuke L = 10125 J ∕ (4.5 × 10 ^-3 ) kg = 2250 × 10 ³ J∕kg