График плавления и отвердевания тела показывает нам
все этапы процесса. Из него мы можем извлечь информацию о температуре плавления
тела, например, о том, как долго это тело потребовалось нагревать, чтобы
достичь той или иной температуры. Для понимания того, как строятся подобные
графики, рассмотрим некоторые примеры.
На рисунке представлен график плавления и отвердевания
железа.
В начальный момент времени, температура была равна
1200 оС, и пока она не достигла 1539 оС, плавление не
началось. Молекулы сохраняли свой порядок, что характерно для твёрдого тела. По
достижении температуры плавления, порядок нарушается, поскольку тело переходит
в жидкое состояние. Его температура какое-то время остаётся постоянной, о чем
свидетельствует горизонтальный участок графика. После того, как железо
полностью расплавилось, температура снова начала увеличиваться. Порядок
полностью нарушился, поскольку этот участок графика соответствует периоду,
когда железо было полностью жидким. Достигнув отметки 1880 оС,
железо перестали нагревать, и температура начала падать. Достигнув температуры
кристаллизации, железо начало твердеть. Это заняло какое-то время, в течение
которого температура вновь не менялась, начал восстанавливаться порядок. После
этого, температура стала ниже температуры отвердевания, и железо вновь стало
полностью твёрдым, а порядок молекул восстановился. Этому соответствует
последний участок графика.
Упаржнения.
1. Построить график
плавления олова. Температура плавления составляет 232 оС, а
начальная температура 200 оС. За 5 мин олово достигнет температуры
плавления, и ещё 5 мин будет плавиться. 2,5 мин занимает нагревание олова от
температуры плавления до 250 оС, и столько же займет охлаждение до
232 оС.
Итак, возьмём 20 оС за одну клетку по
вертикали и 2,5 мин за одну клетку по горизонтали. Тогда первая точка будет
иметь координаты 0 минут и 200 градусов, а вторая — 5 минут и 232 градуса.
Соединим эти две точки. В этой точке начинается плавление длительностью 5
минут. Температура не меняется, поэтому координаты третьей точки будет 10 минут
и 232 градуса. После этого, олово нагревается до 250 градусов за 2,5 минуты,
поэтому координаты четвёртой точки будут 12,5 минут и 250 градусов. Это точка
является пиком графика, поскольку в этот момент олово достигло наивысшей
температуры. Дальше график симметричен, поэтому абсолютно аналогичным способом
достраиваем и вторую часть графика.
Для построения этого графика мы использовали некую
начальную информацию о теле. Значит, из готового графика можно извлечь
информацию.
2. На рисунке представлен график
плавления и отвердевания для какого-то вещества.
И нам надо найти ответы на вопросы:
— Какой самой высокой температуры достигло вещество?
Итак, смотрим на график. Вертикальная ось
соответствует температуре, следовательно, наивысшая температура соответствует
пику графика. Это 1250 оС.
— Какова температура плавления данного вещества?
Температуре плавления соответствуют горизонтальные
участки графика, поскольку температура остаётся неизменной во время плавления
или кристаллизации. На графике видно, что горизонтальные участки соответствуют
температуре 1000 оС, поэтому, это и есть температура плавления.
— Сколько времени заняло плавление, и сколько времени
заняла кристаллизация?
На графике мы видим, что по горизонтальной оси,
соответствующей времени между отметкой 0 и отметкой 40 — две клетки. Длина
горизонтальных отрезков тоже составляет две клетки. Поэтому, и плавление, и
кристаллизация заняли по 40 минут.
— Какова скорость нагревания данного вещества в
твердом состоянии, и какова скорость нагревания в жидком состоянии?
По вертикальной оси расстояние между отметкой 1000 и
отметкой 1250 — одна клетка. Следовательно, расстояние в две клетки
соответствует пятистам градусам. Тогда, в начальный момент времени, температура
составляла 500 градусов. Мы видим на графике, что температура достигла
температуры плавления за 40 минут. Поэтому, скорость нагревания в твердом
состоянии равна 500 оС за 40 минут, т.е. 12,5 оС/мин.
На графике видно, что вещество в жидком состоянии
нагрелось от 1000 оС до 1250 оС. По горизонтальной оси,
длина этого процесса соответствует одной клетке, а, значит, двадцати минутам,
т.к. 40 минут — это две клетки. Значит, скорость нагревания в жидком состоянии
равна 250 оС за 20 минут, т.е. 12,5 оС/мин.
Следует помнить о том, что нагревание вещества в
твердом состоянии на самом деле может происходить не с той же скоростью, что и
нагревание вещества в жидком состоянии. Да и зависимость скорости нагревания
или остывания от температуры может быть нелинейной. Несмотря на это, даже из
такого графика можно извлечь, некоторую информацию.
Данный график предполагает достаточно сложные математические
операции для подробного анализа, с которыми мы познакомимся намного позже.
Однако, у нас достаточно знаний, чтобы ответить на следующие вопросы:
— Какая максимальная температура была достигнута
данным веществом?
Опять же, обращаемся к самой высокой точке. Она
соответствует 450 оС.
Держалась ли в какой-нибудь момент времени постоянная
температура свыше 315 оС?
Постоянной температуре будет соответствовать
горизонтальный участок графика. На данном графике, такой участок только один.
Исходя из того, что отметка 450 оС находится на расстоянии 3 клетки
от нулевой отметки по оси температуры, одна клетка соответствует 150 оС,
а 2 клетки — 300 оС. Мы видим, что наш горизонтальный участок
находится ниже отметки оС градусов, следовательно, температура выше
315 оС не держалась.
— Определите, нагревалось тело или остывало в первые
12 минут?
Одна клетка по горизонтальной оси соответствует 20
минутам. Мы видим, что на промежутке, более длительном, чем 12 минут,
температура увеличивалась с течением времени. Следовательно, тело нагревалось.
Определите среднюю скорость нагревания в период с 40
до 100 минут.
Итак, отмечаем на графике интервал от 40 до 100 минут.
Мы видим, что в этот период температура менялась по какому-то сложному закону.
Однако, мы знаем, что бы ни происходило в этот период, температура возросла от
150 оС до 450 оС за 60 минут. Поэтому, в среднем, тело
нагревалось со скоростью 300 оС в час или 5 оС в минуту.
При построении графиков помните, что очень важно
соблюдать масштабирование, т.е. равные интервалы, относящиеся к одной и той же
величине, обозначать равным количеством клеток.
Кристаллизация — процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое.
Температура кристаллизации — температура, при которой происходит процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое.
Обрати внимание!
Вещество кристаллизуется при той же температуре, при которой плавится.
На графике плавления и отвердевания показано (рис. (1)), как меняется температура вещества с течением времени.
Рис. (1). График плавления и отвердевания вещества
(AB) — нагревание льда от (-40°C) до (0°C), лёд ещё полностью не растаял;
(BC) — плавление льда при температуре (0°C), происходит переход твёрдого агрегатного состояния в жидкое;
(CD) — нагревание воды от (0°C) до (40°C);
(DE) — охлаждение воды от (40°C) до (0°C);
(EF) — отвердевание воды при температуре (0°C), жидкое агрегатное состояние переходит в твёрдое;
(FK) — охлаждение теперь льда от (0°C) до (-40°C).
Источники:
Рис. 1. График плавления и отвердевания вещества. © ЯКласс.
8 класс График
плавления и отвердевания
Вопросы:
1. Для
какого вещества составлен график?
2. Определить
изменение температуры вещества?
3. Какое
количество теплоты израсходовано на повышение температуры вещества до tпл
(или выделено при охлаждении от tпл
до указанной температуры)?
4. Вычислите
массу вещества в твердом состоянии.
5. Вычислите
массу части тела, находящегося в расплавленном состоянии.
_______________________________________________________________________________
8 класс График
плавления и отвердевания
Вопросы:
1. Для
какого вещества составлен график?
2. Определить
изменение температуры вещества?
3. Какое
количество теплоты израсходовано на повышение температуры вещества до tпл
(или выделено при охлаждении от tпл
до указанной температуры)?
4. Вычислите
массу вещества в твердом состоянии.
5.
Вычислите массу части тела, находящегося в
расплавленном состоянии.
8 класс График
плавления и отвердевания
Вопросы:
1. Для
какого вещества составлен график?
2. 
Определить
изменение температуры вещества?
3. Какое
количество теплоты израсходовано на повышение температуры вещества до tпл
(или выделено при охлаждении от tпл
до указанной температуры)?
4. Вычислите
массу вещества в твердом состоянии.
5. Вычислите
массу части тела, находящегося в расплавленном состоянии.
______________________________________________________________________________
8 класс График
плавления и отвердевания
Вопросы:
1. Для
какого вещества составлен график?
2. Определить
изменение температуры вещества?
3. Какое
количество теплоты выделено при охлаждении от tпл до указанной
температуры?
4. Вычислите
массу вещества в твердом состоянии.
5. Вычислите
массу части тела, находящегося в расплавленном состоянии.
 |
8 класс График
плавления и отвердевания
Вопросы:
1. Для
какого вещества составлен график?
2. 
Определить
изменение температуры вещества?
3. Какое
количество теплоты израсходовано на повышение температуры вещества до tпл
(или выделено при охлаждении от tпл
до указанной температуры)?
4. Вычислите
массу вещества в твердом состоянии.
5. Вычислите
массу части тела, находящегося в расплавленном состоянии.
_______________________________________________________________________________
8 класс График
плавления и отвердевания
Вопросы:
1. Для
какого вещества составлен график?
2. Определить
изменение температуры вещества?
3. Какое
количество теплоты израсходовано на повышение температуры вещества до tпл
(или выделено при охлаждении от tпл
до указанной температуры)?
4. Вычислите
массу вещества в твердом состоянии.
5. Вычислите
массу части тела, находящегося в расплавленном состоянии.
8 класс График
плавления и отвердевания
Вопросы:
1. Для
какого вещества составлен график?
2. Определить
изменение температуры вещества?
3. Какое
количество теплоты израсходовано на повышение температуры вещества до tпл
(или выделено при охлаждении от tпл
до указанной температуры)?
4. Вычислите
массу вещества в твердом состоянии.
5. Вычислите
массу части тела, находящегося в расплавленном состоянии.
 |
_______________________________________________________________________________
8 класс График
плавления и отвердевания
Вопросы:
1. Для
какого вещества составлен график?
2. Определить
изменение температуры вещества?
3. 
Какое
количество теплоты израсходовано на повышение температуры вещества до tпл
(или выделено при охлаждении от tпл
до указанной температуры)?
4. Вычислите
массу вещества в твердом состоянии.
5. Вычислите
массу части тела, находящегося в расплавленном состоянии.
ОТВЕТЫ 8 класс Графики плавления и
отвердевания
|
|
2 |
3 |
4 |
5 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
1 |
свинец |
железо |
алюминий |
свинец |
медь |
сталь |
олово |
медь |
|
2 |
300 |
1500 |
600 |
227 |
1000 |
1000 |
200 |
785 |
|
3 |
22 кДж |
80кДж |
50кДж |
10кДж |
30кДж |
160кДж |
9кДж |
90кДж |
|
4 |
523г |
115г |
91г |
375г |
75г |
320г |
196г |
287г |
|
5 |
320г |
74г |
77г |
200г |
19г |
238г |
152г |
238г |
ОТВЕТЫ 8 класс Графики плавления и
отвердевания
|
|
2 |
3 |
4 |
5 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
1 |
свинец |
железо |
алюминий |
свинец |
медь |
сталь |
олово |
медь |
|
2 |
300 |
1500 |
600 |
227 |
1000 |
1000 |
200 |
785 |
|
3 |
22 кДж |
80кДж |
50кДж |
10кДж |
30кДж |
160кДж |
9кДж |
90кДж |
|
4 |
523г |
115г |
91г |
375г |
75г |
320г |
196г |
287г |
|
5 |
320г |
74г |
77г |
200г |
19г |
238г |
152г |
238г |
Разработка предназначенна для проверки составления и чтения графиков зависимости температуры от времени (плавление и отвердевания” На эту тему выделяется один урок, данная работа может использоваться в конце урока, как практика. по чтению графика. В практических работах данного типа. может предпологаться НЕ ВЫСТАВЛЯТЬ плохие оценки, но это на выбор учителя. В работе 2 варианта. В каждом по 2 задания. В первом задании необходимо по графику опредилить процессы происходящие с телом и переходы агрегатных состояний вещества. Во втором задании необходимо самому составить график. К графику приущи следующие требования: наличия подписи процессов и переходов, подпись точек, подпись температуры плавления и температуры кристализациии.
Графики взяты из “Контрольно измерительные материалы. Физика 8 класс. сост. Зорин”
Просмотр содержимого документа
«Практическая работа “График на плавление и отвердевание кристаллических тел” 8 класс»
Плавление и отвердевание кристаллических тел
4.1
Средняя оценка: 4.1
Всего получено оценок: 386.
4.1
Средняя оценка: 4.1
Всего получено оценок: 386.
В твердых кристаллических телах молекулы расположены упорядоченно, образуя кристаллическую решетку, структура которой воспроизводится во всем объеме – такое расположение частиц называется дальним порядком. При нагревании тела кинетическая энергия молекул увеличивается, и при достижении температуры плавления структура решетки начинает разрушаться, твердое тело теряет форму — начинается процесс плавления. При охлаждении происходит отвердевание — переход из жидкой фазы в твердую.
Почему происходит плавление
В твердом состоянии молекулы и атомы находятся в узлах решетки, совершая непрерывные колебания вблизи фиксированного положения. Такие колебания не нарушают кристаллическую структуру. Прочность решетки обеспечивается межмолекулярными связями. В процессе нагрева тела происходит передача тепловой энергии, которая преобразуется во внутреннюю энергию молекул, увеличивая их скорость и частоту колебаний. При достижении некоторого критического значения температуры Tпл (температуры плавления) происходит разрыв межмолекулярных связей, молекулы покидают свои места, что приводит к изменению формы тела, которое начинает переходить в жидкое состояние.
Итак, плавлением называется процесс перехода из твердого состояния в жидкое.
Что такое отвердевание
Наблюдения показывают, что если расплавленное вещество охладить, то при достижении температуры Tотв (температура отвердевания) начинается обратный процесс перехода из жидкого состояния в твердое. Этот фазовый переход называется отвердеванием или кристаллизацией. Экспериментально доказано, что для кристаллических тел Tпл = Tотв. “Горячие” молекулы”, при охлаждении теряют скорость и отдают тепло в окружающую среду. Внутренняя энергия уменьшается, частицы под воздействием сил молекулярного взаимодействия начинают “занимать” постоянные места, восстанавливая структуру решетки.
Процессы плавления и отвердевания происходят не скачкообразно, а постепенно, так, что одновременно могут соседствовать твердая и жидкая компоненты. Эксперименты показывают, что до окончания плавления (или отвердевания) всей массы вещества, его температура остается постоянной.
Металлы, температура плавления которых больше 16500С, называют тугоплавкими. Например, температура плавления вольфрама равна 33700С. Поэтому из него делают долговечные нити накаливания для ламп. Тугоплавкие металлы и их сплавы незаменимы в ракетостроении, атомной энергетике, металлургии, космической технике — везде, где необходимы высокие жаропрочные свойства.
Графическое представление процессов плавления и отвердевания
График плавления и отвердевания кристаллических тел дает наглядное представление о временной зависимости этих фазовых переходов.
Обычная вода является хорошим примером для иллюстрации обсуждаемых явлений. На представленном графике по оси абсцисс отложено время t, а по оси ординат — температура. Пускай изначально, в момент времени t = 0, когда температура льда (кристалла) была равна -400С, начнется подача тепла — нагрев. Рассмотрим далее временную зависимость температурной зависимости T(t):
- На участке АВ, от -400С до 00С (температура плавления льда) существует лед в кристаллическом виде;
- Участок ВС — происходит стадия плавления, присутствуют одновременно лед и вода. Температура остается постоянной, равной 00С;
- СD — в точке С закончилось плавление, существует только жидкая фаза — вода;
- DЕ — в точке D прекратился нагрев, происходит остывание вплоть до точки Е, т.е. до температуры 00С. Присутствует только вода в жидком виде;
- EF — в точке Е, начинается отвердевание, появляются кристаллы льда, но одновременно присутствует и жидкая фаза. Температура остается постоянной, равной 00С;
- FK — в точке F произошло полное отвердевание, остается только лед в кристаллическом виде, температура которого постепенно понижается.
Что такое удельная теплота плавления
Удельной теплотой плавления λ (греческая буква “лямбда”), называется физическая величина, равная количеству тепла, которое необходимо передать твердому телу массой 1 кг, чтобы полностью перевести его в жидкую фазу. Формула удельной теплоты плавления выглядит так:
$ λ ={Q over m}$ (1)
где:
m — масса плавящегося вещества, кг;
Q — количество тепла, переданное веществу при плавлении, Дж.
Значения λ для разных веществ определяют экспериментально. Размерность λ следует из формулы (1):
$ [λ] = { [Дж]over [кг] } $ (2)
Зная λ, можно рассчитать количество тепла Q, которое необходимо сообщить телу массой m для его полного расплавления:
$Q={ λ * m}$ (3)
При отвердевании ровно такое же количество тепла будет возвращено в окружающую среду.
Некоторые вещества при нагревании минуют стадию плавления и сразу испаряются. Такой процесс называют сублимацией или возгонкой. Примером такого вещества может служить кристаллический йод. Обратный переход из газообразного состояния, проходящий без образования жидкой фазы, называется десублимацией. Примерами таких переходов служат образование кристаллов йода из паров йода и выпадение инея и снежинок из водяных паров воздуха.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что плавление и отвердевание кристаллических тел происходит при одинаковых температурах. В процессе плавления и отвердевания температура вещества остается постоянной. Удельной теплотой плавления λ называется величина, равная количеству тепла, которое необходимо передать твердому телу массой 1 кг, для полного превращения его в жидкое состояние.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
-
Татьяна Никиша
10/10
-
Мадина Варзиева
9/10
Оценка доклада
4.1
Средняя оценка: 4.1
Всего получено оценок: 386.
А какая ваша оценка?
