Topnienie, parowanie i ciepło przemiany fazowej
Przekazywanie energii nie zawsze podnosi temperaturę. Lód w temperaturze topnienia może otrzymywać ciepło i nadal mieć tę samą temperaturę — zmienia się wtedy ilość lodu, a nie odczyt termometru.
W tym materiale
Przekazywanie energii nie zawsze podnosi temperaturę. Lód w temperaturze topnienia może otrzymywać ciepło i nadal mieć tę samą temperaturę — zmienia się wtedy ilość lodu, a nie odczyt termometru.
Potrzebne wiadomości: Ciepło właściwe i bilans energii.
Energia potrzebna do zmiany stanu
Przy ustalonym ciśnieniu czysta substancja w równowagowej przemianie fazowej może zmieniać stan bez zmiany temperatury. Do stopienia masy m lodu znajdującego się już w temperaturze topnienia potrzebna jest energia:
Q=mL_t.
Lt jest ciepłem topnienia, wyrażanym w J/kg. Przy krzepnięciu taka sama ilość energii jest oddawana otoczeniu. Analogicznie dla parowania używamy ciepła parowania Lp. Wartości te dotyczą określonej substancji i warunków przemiany.
Parowanie może zachodzić z powierzchni cieczy również poniżej temperatury wrzenia. Wrzenie zachodzi w całej objętości, gdy powstające pęcherzyki pary mogą się utrzymywać w danych warunkach ciśnienia. Nie utożsamiamy więc każdego parowania z wrzeniem w temperaturze 100°C.
Ogrzewanie dzielimy na etapy
Jeżeli początkowo mamy lód poniżej 0°C, najpierw go ogrzewamy, potem topimy, a dopiero na końcu ogrzewamy wodę. Przy ciśnieniu atmosferycznym i przyjęciu 0°C za temperaturę topnienia:
Q=mc_l(0-T_l)+mL_t+mc_w(T_w-0).
cl i cw są ciepłami właściwymi lodu i wody. Nie można jednym zastosowaniem mcΔT opisać całej drogi przez przemianę fazową.
Przykład
Dla 0,10 kg lodu w temperaturze 0°C i Lt = 334 000 J/kg pełne stopienie wymaga 33 400 J. Dostarczenie 20 000 J nie wystarczy. Stopi się 20 000/334 000 ≈ 0,0599 kg lodu, a reszta pozostanie w mieszaninie. Przy opisanych warunkach równowagi jej temperatura nadal wynosi 0°C.
W zadaniach o mieszaniu lodu z wodą należy najpierw porównać energię dostępną podczas chłodzenia wody do 0°C z energią potrzebną do ogrzania i stopienia lodu. Dopiero gdy cały lód może się stopić, wolno obliczać dodatnią temperaturę końcową samej wody. Ujemna masa pozostałego lodu nie jest nietypowym zjawiskiem — oznacza użycie niewłaściwego wariantu bilansu.
Zadania do tego tematu
- Topnienie — zadanie: czy cały lód się stopi?
- Przemiany fazowe — zadanie: od zimnego lodu do ciepłej wody
Komentarze (0)
Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz
Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto