Количество теплоты, необходимое для плавления тела и выделяющееся при его кристаллизации - Изменение агрегатных состояний вещества

Цель: определить способ расчета количества теплоты в изучаемых процессах.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

При проверке домашнего задания кроме вопросов к параграфу можно задать учащимся ряд дополнительных вопросов для более глубокого понимания процессов плавления и кристаллизации вещества, например:

- Почему плавление вещества происходит при постоянной температуре?

- В какой момент времени - в начале или в конце кристаллизации - внутренняя энергия вещества ниже. Почему?

- Будет ли таять лед, плавающий в воде при температуре окружающей среды 0 °С?

- Почему зимой у родника мы ощущаем тепло?

- Нити накаливания ламп изготавливают из вольфрама, а не из меди. Почему?

- Почему припой делают на основе олова?

- Зависит ли процесс плавления по времени от температуры плавления, если тело уже нагрето до этой температуры?

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Удельная теплоемкость плавления.

2. Расчет количества теплоты при плавлении и кристаллизации.

1. При рассмотрении нового материала нужно основное внимание уделить тому, чтобы ученики поняли, что при плавлении нет изменения температуры вещества, в то же время внутренняя энергия вещества возрастает. Это соответствует закону сохранения энергии. Все количество теплоты от нагревания идет на разрушение кристаллических решеток и, значит, на увеличение скорости движения молекул.

Так как различные тела состоят из различных атомов и молекул, то для плавления равного количества различных веществ требуется разное количество теплоты. Для 1 кг льда это количество теплоты равно 334 кДж, для стали - 84 кДж.

Под удельной теплотой плавления понимают то количество теплоты, которое необходимо для превращения 1 кг твердого тела в жидкость при температуре плавления.

Удельная теплота плавления обозначается буквой λ (ламбда).

λ измеряется в Дж/кг:

[λ] = Дж/кг.

λ - табличная величина, и при решении задач можно пользоваться таблицей 10 учебника, где приведены величины удельной теплоты плавления для различных веществ.

Для того чтобы рассчитывать количество теплоты для плавления тела произвольной массы, можно воспользоваться формулой:

Q = λ · m,

где m - масса тела.

Эта формула вытекает из следующих соображений: если значение λ численно равно тому количеству теплоты, которое необходимо для плавления 1 кг твердого тела, то для плавления, например, 3 кг льда потребуется тепла в три раза больше, чем для 1 кг.

Если рассчитывается количество теплоты, которое выделяется при кристаллизации тела, используется формула:

Q = -λ · m.

Знак «-» указывает на то, что вещество при кристаллизации уменьшает свою внутреннюю энергию. При решении задач необходимо понимать, что выведенные формулы используются для расчета количеств теплоты лишь тогда, когда температура тела равна температуре плавления.

III. Решение задач

Задача 1

Какое количество теплоты выделится в окружающую среду при кристаллизации 200 г свинца?

Дано.

Решение:

Очевидно, что тепло будет выделяться в окружающую среду, следовательно:

(Ответ: Q = 5 · 10³ Дж.)

Задача 2

Какое количество теплоты необходимо для плавления 0,5 кг льда? Начальная температура льда -10 °С.

Эта задача несколько сложнее. Ясно, что лед сразу плавиться не будет: сначала его необходимо нагреть до температуры плавления. То есть количество теплоты в этом процессе будет складываться из двух составляющих: Q₁ и Q₂.

Дано:

Решение:

- количество теплоты, которое идет на нагревание льда.

- количество теплоты, которое идет на плавление льда.

Таким образом,

(Ответ: Q = 180,5 Дж.)

Для самостоятельного решения учащимся можно предложить задачи:

Задача 3

Какое количество теплоты необходимо для плавления 100 г олова, взятого при температуре 32 °С? Изобразите этот процесс на графике.

Задача 4

Какое количество теплоты потребуется, чтобы расплавить 100 г льда, взятого при температуре -10 °С, а затем воду нагреть до 20 °С?

Задача 5

Железная заготовка, охлаждаясь от температуры 800 °С до 0 °С, растопила лед массой 3 кг, взятый при 0°С. Какова масса заготовки, если вся энергия, выделенная ею, пошла на плавление льда?

Домашнее задание

1. § 15 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Упражнение 8.

3. Задание 2.