Фазові переходи

На сторінці “Перенесення тепла” була розглянута формула для обчислення змін теплової енергії тіла при зміні його температури:

Q = cmΔT

Але, при певних обставинах ця формула не діє – при припливі або відтоку теплової енергії температура тіла не змінюється. Один з найпростіших прикладів подібних випадків, з яким ми стикаємося щодня – це кип’ятіння води. Як відомо, при нормальному атмосферному тиску вода закипає при температурі 100 ° C. Але, продовжуючи нагрівати кипляче воду, її температура не збільшується. Чому? Вся справа в так званих фазових переходах речовини.

Фазовий перехід – зміна агрегатного стану речовини: з рідкого у твердий (вода-лід); з твердого в рідкий (лід-вода); з рідкого в газоподібний (вода-пар); з твердого в газоподібний (даний процес називається сублімацією), наприклад “сухий лід” перетворюється на вуглекислий газ.

Якщо шматок льоду нагрівати до моменту його танення, потім продовжувати нагрівати підростаючого воду до її закипання, і продовжувати нагрівати до википання, то крива залежності температури від теплоти матиме вигляд, представлений на малюнку нижче.

Як видно з графіка, температурна крива має два плато на 0 ° C і 100 ° C. Це пов’язано з фазовим переходом льоду в воду і води в пар. Поки весь лід не розтане, температура суміші лід + вода буде триматися на рівні 0 ° C, аналогічно, поки вода не перетвориться в пар, вона буде кипіти при 100 ° C.

Як же бути в подібних випадках, щоб правильно розрахувати теплову енергію?

Для подібних ситуацій існує поняття прихованої теплоти, яку ще називають питомою теплотою фазового перетворення (Дж / кг) – кількість енергії, необхідне для зміни фазового стану об’єкта масою 1 кг.

Існують три види питомої теплоти фазового перетворення:

  • Lп (теплота плавлення) – к-ть теплової енергії на 1 кг речовини, необхідний для переходу з твердого стану в рідке.
  • Lі (теплота випаровування) – к-ть теплової енергії на 1 кг речовини, необхідний для переходу з рідкого стану в газоподібний.
  • Lс (теплота сублімації) – к-ть теплової енергії на 1 кг речовини, необхідний для переходу з твердого стану в газоподібний.

Конкретні значення питомої теплоти фазового перетворення для конкретних речовин можна дізнатися з відповідних довідників. Наприклад, для води Lп = 3,35 · 105Дж / кг і Lі = 2,26 · 106Дж / кг.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Око і зображення