افزایش حجم آب در هنگام یخ زدن از اهمیت بالایی در طبیعت برخوردار است. به دلیل چگالی کمتر یخ در مقایسه با چگالی آب (در دمای 0 درجه سانتیگراد، چگالی یخ 900 کیلوگرم بر متر مکعب و آب 1000 کیلوگرم بر متر مکعب است)، یخ روی آب شناور می شود. لایه یخ با داشتن هدایت حرارتی ضعیف، آب زیر خود را از سرد شدن و یخ زدن محافظت می کند. بنابراین ماهی ها و سایر موجودات زنده در آب در هنگام یخبندان نمی میرند. اگر یخ غرق شود، در طول زمستان مخازن نه چندان عمیق یخ می زند.
هنگامی که آب یخ زده در یک ظرف بسته منبسط می شود، نیروهای عظیمی ایجاد می شود که می تواند یک توپ چدنی با دیواره ضخیم را بشکند. انجام چنین آزمایشی با بطری پر از آب تا گردن و در معرض یخ زدگی آسان است. یک پلاگ یخ روی سطح آب تشکیل می شود که بطری را مسدود می کند و وقتی آب یخ زده منبسط شود، بطری می شکند.
یخ زدن آب در شکاف سنگ ها منجر به تخریب آنها می شود.
قابلیت انبساط آب در هنگام سخت شدن باید هنگام گذاشتن لوله های آب و فاضلاب و همچنین گرمایش آب در نظر گرفته شود. برای جلوگیری از پارگی در هنگام یخ زدن آب، لوله های زیرزمینی باید در عمقی قرار داده شوند که دما به زیر 0 درجه سانتیگراد نرسد. قسمت های بیرونی لوله ها باید باشد زمان زمستانبا مواد عایق پوشانده شده است.
اگر ذوب یک ماده با افزایش حجم آن همراه باشد، با افزایش فشار خارجی، نقطه ذوب ماده افزایش می یابد.این را می توان به شرح زیر توضیح داد. فشرده سازی یک ماده (با افزایش فشار خارجی) از افزایش فاصله بین مولکول ها و در نتیجه افزایش انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها که برای انتقال به حالت مایع لازم است جلوگیری می کند. بنابراین لازم است تا زمانی که انرژی پتانسیل مولکول ها به مقدار لازم برسد، بدن را تا دمای بالاتر گرم کرد.
اگر ذوب یک ماده با کاهش حجم آن همراه باشد، با افزایش فشار خارجی، نقطه ذوب ماده کاهش می یابد.
بنابراین، برای مثال، یخ در فشار 6 10 7 Pa در دمای -5 درجه سانتیگراد ذوب می شود و در فشار 2.2 10 8 Pa، نقطه ذوب یخ -22 درجه سانتیگراد است.
کاهش نقطه ذوب یخ با افزایش فشار به خوبی توسط تجربه نشان داده شده است (شکل 8.34). نخ نایلونی از یخ بدون شکستن آن عبور می کند. واقعیت این است که به دلیل فشار قابل توجه نخ روی یخ، زیر آن ذوب می شود. آب که از زیر نخ خارج می شود، بلافاصله دوباره یخ می زند.
یک مایع می تواند با بخار خود (بخار اشباع) در تعادل باشد. شکل 6.5 (نگاه کنید به § 6.3) فشار بخار اشباع را به عنوان تابعی از دما (منحنی) نشان می دهد. AB)،تجربی به دست آمده است. از آنجایی که جوش یک مایع در فشاری برابر با فشار بخارات اشباع آن اتفاق می افتد، همین منحنی وابستگی نقطه جوش به فشار را نشان می دهد. ناحیه زیر منحنی AB،مربوط به حالت گاز، و بالاتر - به حالت مایع است.
اجسام کریستالی در دمای معینی ذوب می شوند که در آن فاز جامد با مایع در تعادل است. نقطه ذوب به فشار بستگی دارد. این وابستگی را می توان در همان شکل نشان داد که وابستگی نقطه جوش به فشار را نشان می دهد.
در شکل 8.35، منحنی TCوابستگی نقطه جوش به فشار را مشخص می کند. در نقطه پایان می یابد به،مربوط به دمای بحرانی است، زیرا بالاتر از این دما مایع نمی تواند وجود داشته باشد. سمت چپ منحنی TCنقاط تجربی منحنی را ترسیم کردند TSوابستگی نقطه ذوب به فشار (به سمت چپ، زیرا فاز جامد مربوط به دماهای پایین تر از فاز مایع است). هر دو منحنی در نقطه T قطع می شوند.
در دمای کمتر از دما برای ماده چه اتفاقی خواهد افتاد تی t p , نقطه مربوطه T فاز مایع دیگر نمی تواند در این دما وجود داشته باشد. این ماده یا در حالت جامد یا گاز خواهد بود. منحنی از جانب(نگاه کنید به شکل 8.35) مربوط به حالت های تعادل یک جامد - گاز است که از تصعید جامدات ناشی می شود.
سه منحنی CT، TSو از جانبصفحه فاز را به سه منطقه تقسیم کنید که در آن ماده می تواند در یکی از سه فاز باشد. منحنی ها خود حالت های تعادل مایع - بخار، مایع - جامد و جامد - بخار را توصیف می کنند. فقط یک نکته وجود دارد تی،که در آن هر سه فاز در تعادل هستند. این نقطه سه گانه است.
نقطه سه گانه مربوط به تنها مقادیر دما و فشار است. می توان آن را با دقت بازتولید کرد و به عنوان یکی از مهمترین نقاط مرجع در ساخت مقیاس دمای مطلق عمل می کند. برای آب، دمای مطلق نقطه سه گانه Ttr = 273.16 کلوین در نظر گرفته می شود، یا تی t p = 0.01 درجه سانتی گراد.
شکل 8.35 نمودار فاز آب را نشان می دهد که در آن نقطه ذوب با افزایش فشار کاهش می یابد. برای مواد معمولی، منحنی TSنسبت به عمودی که از نقطه عبور می کند در جهت مخالف متمایل است تی.
به عنوان مثال، نمودار فاز مونوکسید کربن CO 2 این شکل را خواهد داشت. دمای سه نقطه CO 2 تی tr \u003d -56.6 درجه سانتیگراد و فشار p tr \u003d 5.1 atm. بنابراین، در فشار اتمسفر معمولی و دمای نزدیک به دمای اتاق، دی اکسید کربن نمی تواند در حالت مایع باشد. فاز جامد CO 2 معمولاً یخ خشک نامیده می شود. دمای بسیار پایینی دارد و ذوب نمی شود، اما بلافاصله تبخیر می شود (تععید).
تغییر حجم در حین ذوب و انجماد رابطه مستقیمی با وابستگی دمای ذوب به فشار دارد. برای اکثریت قریب به اتفاق مواد، نقطه ذوب با فشار افزایش می یابد. در آب و برخی مواد دیگر، برعکس، کاهش می یابد. برای ساکنان زمین در عرض های جغرافیایی بالا، این یک موهبت بزرگ است.
یک نقطه در نمودار p وجود دارد-T (نقطه سه گانه)، که در آن هر سه فاز ماده در تعادل هستند.
در پایان، ما به اهمیت فیزیک حالت جامد برای توسعه فناوری و تمدن به طور کلی اشاره می کنیم.
بشر همیشه از اجسام جامد استفاده کرده و خواهد کرد. اما اگر فیزیک حالت جامد قبلی با توسعه فناوری مبتنی بر تجربه مستقیم همگام نبود، اکنون وضعیت تغییر کرده است. تحقیقات نظری شروع به ایجاد جامداتی می کند که خواص آنها کاملاً غیرمعمول است و دستیابی به آنها با روش "آزمایش و خطا" غیرممکن است. اختراع ترانزیستور، که بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت، نمونه بارز این است که چگونه درک ساختار جامدات منجر به انقلابی در تمام مهندسی رادیو شد.
ایجاد مواد با خواص مکانیکی، مغناطیسی و غیره مشخص یکی از حوزه های اصلی فیزیک حالت جامد است. تقریباً نیمی از فیزیکدانان جهان در حال حاضر در زمینه فیزیک حالت جامد کار می کنند.
ذوب شدناین فرآیند تغییر یک ماده از حالت جامد به مایع است.
مشاهدات نشان می دهد که اگر یخ خرد شده، به عنوان مثال، دمای 10 درجه سانتیگراد، در یک اتاق گرم باقی بماند، دمای آن افزایش می یابد. در دمای صفر درجه سانتی گراد، یخ شروع به ذوب شدن می کند و تا زمانی که تمام یخ به مایع تبدیل نشود، دما تغییر نمی کند. پس از آن دمای آب تشکیل شده از یخ افزایش می یابد.
به این معنی که اجسام کریستالی که شامل یخ می شود در دمای خاصی ذوب می شوند که به آن می گویند نقطه ذوب. مهم است که در طول فرآیند ذوب دمای ماده کریستالی و مایع تشکیل شده در طی ذوب آن بدون تغییر باقی بماند.
در آزمایشی که در بالا توضیح داده شد، یخ مقدار مشخصی گرما را دریافت کرد، انرژی داخلی آن به دلیل افزایش میانگین انرژی جنبشی حرکت مولکول ها افزایش یافت. سپس یخ ذوب شد، دمای آن تغییر نکرد، اگرچه یخ مقدار مشخصی گرما را دریافت کرد. در نتیجه، انرژی درونی آن افزایش یافت، اما نه به دلیل جنبشی، بلکه به دلیل انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها. انرژی دریافتی از خارج صرف تخریب شبکه کریستالی می شود. به طور مشابه، ذوب هر جسم کریستالی رخ می دهد.
اجسام آمورف نقطه ذوب خاصی ندارند. با افزایش دما به تدریج نرم می شوند تا به مایع تبدیل شوند.
تبلورفرآیندی است که طی آن یک ماده از حالت مایع به حالت جامد تبدیل می شود. با خنک شدن، مایع مقدار معینی گرما را به هوای اطراف می دهد. در این صورت انرژی داخلی آن به دلیل کاهش میانگین انرژی جنبشی مولکول های آن کاهش می یابد. در یک دمای معین، فرآیند تبلور آغاز می شود، در طی این فرآیند دمای ماده تغییر نمی کند تا زمانی که کل ماده به حالت جامد تبدیل شود. این انتقال با آزاد شدن مقدار معینی گرما و بر این اساس، کاهش انرژی داخلی ماده به دلیل کاهش انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول های آن همراه است.
بنابراین، انتقال یک ماده از حالت مایع به حالت جامد در دمای معینی به نام دمای تبلور اتفاق می افتد. این دما در طول فرآیند ذوب ثابت می ماند. برابر با نقطه ذوب این ماده است.
در شکل نموداری از وابستگی دمای یک ماده کریستالی جامد به زمان در طول گرمایش از دمای اتاقتا نقطه ذوب، ذوب، گرم کردن یک ماده در حالت مایع، خنک کردن یک ماده مایع، تبلور و متعاقب آن سرد شدن یک ماده در حالت جامد.
مواد کریستالی مختلف ساختارهای متفاوتی دارند. بر این اساس، برای از بین بردن شبکه کریستالی یک جامد در نقطه ذوب آن، باید مقدار متفاوتی از گرما را به آن اطلاع داد.
گرمای ویژه همجوشیمقدار حرارتی است که باید به 1 کیلوگرم ماده کریستالی داده شود تا در نقطه ذوب به مایع تبدیل شود. تجربه نشان می دهد که گرمای ویژه همجوشی است گرمای ویژه تبلور .
گرمای ویژه همجوشی با حرف نشان داده می شود λ . واحد گرمای ویژه همجوشی - [λ] = 1 ژول بر کیلوگرم.
مقادیر گرمای ویژه همجوشی مواد کریستالی در جدول آورده شده است. گرمای ویژه ذوب آلومینیوم 3.9 * 10 5 J / kg است. به این معنی که برای ذوب 1 کیلوگرم آلومینیوم در دمای ذوب، باید مقدار حرارت 3.9 * 10 5 ژول صرف شود. افزایش انرژی داخلی 1 کیلوگرم آلومینیوم برابر با همان مقدار است.
برای محاسبه مقدار گرما س، برای ذوب یک ماده با جرم مورد نیاز است متر، که در نقطه ذوب گرفته می شود، از گرمای ویژه همجوشی پیروی می کند λ ضرب در جرم ماده: Q = λm.
همه می دانند که آب در طبیعت در سه حالت تجمع یافت می شود - جامد، مایع و گاز. در ذوب، تحول یخ جامدبه مایع تبدیل می شود و با گرم شدن بیشتر، مایع تبخیر می شود و بخار آب را تشکیل می دهد. شرایط ذوب، تبلور، تبخیر و متراکم شدن آب چگونه است؟ یخ در چه دمایی ذوب می شود یا بخار تشکیل می شود؟ در این مقاله در مورد این موضوع صحبت خواهیم کرد.
این بدان معنا نیست که بخار آب و یخ در زندگی روزمره نادر هستند. با این حال، رایج ترین حالت مایع است - آب معمولی. کارشناسان دریافته اند که سیاره ما بیش از 1 میلیارد کیلومتر مکعب آب دارد. با این حال، بیش از 3 میلیون کیلومتر مکعب آب متعلق به آب شیرین نیست. کافی تعداد زیادی ازآب شیرین در یخچال های طبیعی (حدود 30 میلیون کیلومتر مکعب) "استراحت" می کند. با این حال، ذوب یخ چنین بلوک های عظیمی به مراتب آسان نیست. بقیه آب شور است و متعلق به دریاهای اقیانوس است.
آب انسان مدرن را در همه جا احاطه می کند، در اکثر روش های روزانه. بسیاری از مردم بر این باورند که ذخایر آب تمام نشدنی است و بشریت همیشه قادر خواهد بود از منابع هیدروکره زمین استفاده کند. به هر حال، این چنین نیست. منابع آبی سیاره ما به تدریج رو به اتمام است و چند صد سال دیگر ممکن است اصلاً آب شیرین روی زمین باقی نماند. بنابراین، مطلقاً هر فردی نیاز به مراقبت از آب شیرین و صرفه جویی در آن دارد. از این گذشته ، حتی در زمان ما ایالت هایی وجود دارد که در آنها منابع آب به طرز فاجعه باری کم است.
قبل از صحبت در مورد دمای ذوب یخ، ارزش دارد که ویژگی های اصلی این مایع منحصر به فرد را در نظر بگیریم.
بنابراین، آب دارای خواص زیر است:
این فهرست خواص اصلی آب را نشان می دهد. حال بیایید بفهمیم حالت جامد تجمع این ماده چه ویژگی هایی دارد و یخ در چه دمایی ذوب می شود.
یخ یک ماده کریستالی جامد است که ساختار نسبتاً ناپایداری دارد. مانند آب شفاف، بی رنگ و بی بو است. یخ همچنین دارای خواصی مانند شکنندگی و لغزندگی است. در لمس سرد است
برف نیز آب منجمد است، اما ساختاری سست دارد و دارد رنگ سفید. هر سال در بیشتر کشورهای جهان برف می بارد.
برف و یخ هر دو مواد بسیار ناپایدار هستند. برای ذوب شدن یخ به تلاش زیادی نیاز نیست. چه زمانی شروع به ذوب شدن می کند؟
در طبیعت، یخ جامد تنها در دمای 0 درجه سانتیگراد و کمتر وجود دارد. اگر دمای محیط افزایش یابد و بیش از 0 درجه سانتیگراد شود، یخ شروع به ذوب شدن می کند.
در دمای ذوب یخ، در 0 درجه سانتیگراد، فرآیند دیگری رخ می دهد - انجماد یا تبلور آب مایع.
این روند توسط همه ساکنان آب و هوای معتدل قاره ای قابل مشاهده است. در زمستان، زمانی که دمای بیرون به زیر صفر درجه سانتی گراد می رسد، اغلب برف می بارد و ذوب نمی شود. و آب مایعی که در خیابان ها بود یخ می زند و به برف یا یخ جامد تبدیل می شود. در بهار، می توانید روند معکوس را مشاهده کنید. دمای محیط افزایش می‌یابد، بنابراین یخ و برف ذوب می‌شوند و گودال‌ها و گل‌های متعددی را تشکیل می‌دهند که می‌توان آن را تنها عیب گرم شدن بهاره دانست.
بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که در چه دمایی یخ شروع به ذوب شدن می‌کند، در همان دما فرآیند انجماد آب آغاز می‌شود.
در علومی مانند فیزیک اغلب از مفهوم مقدار گرما استفاده می شود. این مقدار میزان انرژی مورد نیاز برای گرمایش، ذوب، تبلور، جوشش، تبخیر یا تراکم مواد مختلف را نشان می دهد. علاوه بر این، هر یک از این فرآیندها ویژگی های خاص خود را دارند. بیایید در مورد میزان حرارت مورد نیاز برای گرم کردن یخ در شرایط عادی صحبت کنیم.
برای گرم کردن یخ ابتدا باید آن را ذوب کنید. این امر به مقدار حرارت مورد نیاز برای ذوب جامد نیاز دارد. گرما برابر است با حاصلضرب جرم یخ و گرمای ویژه ذوب آن (330-345 هزار ژول بر کیلوگرم) و بر حسب ژول بیان می شود. فرض کنید 2 کیلوگرم یخ جامد به ما داده شود. بنابراین، برای ذوب آن، ما نیاز داریم: 2 کیلوگرم * 340 کیلوژول / کیلوگرم = 680 کیلوژول.
پس از آن، باید آب حاصل را گرم کنیم. محاسبه مقدار گرما برای این فرآیند کمی دشوارتر خواهد بود. برای این کار باید دمای اولیه و نهایی آب گرم شده را بدانید.
بنابراین، فرض کنید که باید آب حاصل از ذوب یخ را 50 درجه سانتیگراد گرم کنیم. یعنی تفاوت بین دمای اولیه و نهایی = 50 درجه سانتی گراد (دمای اولیه آب - 0 درجه سانتی گراد). سپس باید اختلاف دما را در جرم آب و ظرفیت گرمایی ویژه آن ضرب کنید که برابر با 4200 J * kg / ° C است. یعنی مقدار حرارت مورد نیاز برای گرم کردن آب = 2 کیلوگرم * 50 درجه سانتی گراد * 4200 ژول * کیلوگرم / درجه سانتی گراد = 420 کیلوژول.
سپس دریافتیم که برای ذوب شدن یخ و گرم شدن متعاقب آن آب به دست آمده، به 680000 ژول + 420000 ژول = 1100000 ژول یا 1.1 مگاژول نیاز داریم.
با دانستن اینکه یخ در چه دمایی ذوب می شود، می توانید بسیاری از مسائل دشوار فیزیک یا شیمی را حل کنید.
بنابراین، در این مقاله، حقایقی در مورد آب و دو حالت تجمع آن - جامد و مایع - آموختیم. با این حال، بخار آب یک موضوع به همان اندازه جالب برای مطالعه است. به عنوان مثال، فضای ما تقریباً شامل 25 * 10 16 است متر مکعببخار آب. علاوه بر این، برخلاف انجماد، تبخیر آب در هر دمایی اتفاق می‌افتد و هنگام گرم شدن یا در حضور باد تسریع می‌شود.
ما یاد گرفتیم که یخ در چه دمایی ذوب می شود و آب مایع منجمد می شود. چنین حقایقی همیشه در زندگی روزمره برای ما مفید خواهد بود، زیرا آب همه جا ما را احاطه کرده است. این مهم است که همیشه به یاد داشته باشید که آب، به ویژه آب شیرین، منبع طاقت فرسای زمین است و باید با احتیاط درمان شود.
ترافیک. گرما کیتایگورودسکی الکساندر ایزاکوویچ
تاثیر فشار بر نقطه ذوب
اگر فشار تغییر کند، نقطه ذوب نیز تغییر می کند. وقتی از جوشاندن صحبت می‌کردیم، با همین نظم ملاقات می‌کردیم. هر چه فشار بیشتر باشد، نقطه جوش بالاتر است. به عنوان یک قاعده، این در مورد ذوب نیز صادق است. با این حال، تعداد کمی از مواد وجود دارند که رفتار غیرعادی دارند: نقطه ذوب آنها با افزایش فشار کاهش می یابد.
واقعیت این است که اکثریت قریب به اتفاق جامدات از مایعاتشان چگال تر هستند. استثناء این قانون دقیقاً آن دسته از موادی است که نقطه ذوب آنها با تغییر فشار کاملاً عادی تغییر نمی کند - به عنوان مثال، آب. یخ سبکتر از آب است و نقطه ذوب یخ با افزایش فشار کاهش می یابد.
فشرده سازی باعث تشکیل حالت متراکم تر می شود. اگر یک جامد چگال تر از مایع باشد، فشرده سازی به جامد شدن کمک می کند و از ذوب شدن جلوگیری می کند. اما اگر ذوب توسط فشرده سازی مختل شود، به این معنی است که ماده جامد باقی می ماند، در حالی که قبلاً در این دما قبلاً ذوب شده بود، یعنی. با افزایش فشار، نقطه ذوب افزایش می یابد. در حالت غیرعادی، مایع چگال تر از جامد است و فشار به تشکیل مایع کمک می کند، یعنی. نقطه ذوب را کاهش می دهد.
تأثیر فشار بر نقطه ذوب بسیار کمتر از جوش است. افزایش فشار بیش از 100 کیلوگرم بر سانتی متر مربع، نقطه ذوب یخ را 1 درجه سانتی گراد کاهش می دهد.
به هر حال، از اینجا می توان فهمید که توضیح اغلب در مورد لغزش اسکیت ها روی یخ با کاهش نقطه ذوب در اثر فشار چقدر ساده لوحانه است. فشار روی تیغه اسکیت در هر صورت از 100 کیلوگرم بر سانتی متر مربع بیشتر نمی شود و به همین دلیل کاهش نقطه ذوب نمی تواند برای اسکیت بازان نقشی داشته باشد.
برگرفته از کتاب شیمی فیزیک: نکات سخنرانی نویسنده Berezovchuk A V4. تأثیر ماهیت حلال بر سرعت واکنش های الکتروشیمیایی جایگزینی یک حلال با حلال دیگر بر هر یک از مراحل فرآیند الکتروشیمیایی تأثیر می گذارد. اول از همه، این بر فرآیندهای حلالیت، تداعی و تشکیل مجتمع تأثیر می گذارد
برگرفته از کتاب جدیدترین کتاب حقایق. جلد 3 [فیزیک، شیمی و فناوری. تاریخ و باستان شناسی. متفرقه] نویسنده کوندراشوف آناتولی پاولوویچ از کتاب رعد و برق و رعد نویسنده استکولنیکوف، آی اس از کتاب جنبش. حرارت نویسنده کیتایگورودسکی الکساندر ایزاکوویچ از کتاب طوفان صفر مطلق نویسنده برمین جنریخ سامویلوویچ7. تولید الکتریسیته از طریق تأثیر اکنون که می دانیم اتم های هر جسم از ذرات حاوی الکتریسیته مثبت و منفی تشکیل شده اند، می توانیم پدیده مهم تولید برق از طریق تأثیر را توضیح دهیم. این به درک ما کمک می کند
برگرفته از کتاب تاریخچه لیزر نویسنده برتولوتی ماریو6. تأثیر رعد و برق بر عملکرد سیستم های الکتریکی و رادیویی اغلب صاعقه به سیم های خطوط انتقال نیروی برق برخورد می کند. در این حالت یا رعد و برق به یکی از سیم های خط برخورد کرده و آن را به زمین وصل می کند یا صاعقه دو یا حتی سه سیم را به هم وصل می کند.
برگرفته از کتاب توییت‌هایی درباره کیهان توسط چاون مارکوستغییر فشار با ارتفاع با تغییر ارتفاع، فشار کاهش می یابد. این اولین بار توسط Perrier فرانسوی از طرف پاسکال در سال 1648 روشن شد. کوه Pyu de Dome که در نزدیکی آن Perrier زندگی می کرد، 975 متر ارتفاع داشت. اندازه گیری ها نشان داد که جیوه در لوله torricellium هنگام بالا رفتن سقوط می کند.
برگرفته از کتاب مسئله اتمی توسط رن فیلیپنقطه جوش در مقابل فشار نقطه جوش آب 100 درجه سانتیگراد است. ممکن است تصور شود که این خاصیت ذاتی آب است، که آب، در هر کجا و در چه شرایطی که باشد، همیشه در دمای 100 درجه سانتیگراد می جوشد. اما اینطور نیست و ساکنان به خوبی از این موضوع آگاه هستند.
از کتاب نویسنده1. چرا "توهین" درجه حرارت؟ خطای فارنهایت نظم و بی نظمی. وقتی پایین رفتن سخت تر از بالا رفتن است. جوش یخ. آیا "مایعات سرد" روی زمین وجود دارد؟ طول را بر حسب متر، جرم را بر حسب گرم، زمان را بر حسب ثانیه و دما را بر حسب درجه اندازه گیری می کنیم. فاصله
از کتاب نویسندهتأثیر میدان مغناطیسی بر خطوط طیفی در زمانی که ویژگی های اصلی خطوط طیفی توضیح داده شد. در سال 1896، پیتر زیمن (1865-1943)، که در لیدن (هلند) زندگی می کرد، کشف کرد که یک میدان مغناطیسی می تواند فرکانس خطوط طیفی منتشر شده از یک گاز را تحت تاثیر قرار دهد.
از کتاب نویسنده135. ستاره شناسان چگونه دمای جهان را اندازه می گیرند؟ تابش مادون قرمز (IR) با طول موج 700 نانومتر تا 1 میلی متر در سال 1800 توسط ویلیام هرشل (1738-1822) کشف شد.هرشل از یک منشور برای گرفتن طیف نور خورشید از قرمز تا آبی استفاده کرد. او استفاده کرد
از کتاب نویسندهفصل X تأثیر پیشرفت در زمینه انرژی اتمی بر زندگی اقتصادی و اجتماعی قبل از ارائه یک تحلیل مختصر از مشکل اجتماعی که در ارتباط با کشف انرژی اتمی به وجود آمد، ما به طور کلیبیایید به جنبه اقتصادی موضوع نگاه کنیم.
انتقال یک ماده از حالت کریستالی جامد به حالت مایع نامیده می شود ذوب شدن. برای ذوب یک جسم کریستالی جامد، باید آن را تا دمای معینی گرم کرد، یعنی گرما باید تامین شود.دمایی که یک ماده در آن ذوب می شود نامیده می شودنقطه ذوب ماده
فرآیند معکوس - انتقال از حالت مایع به حالت جامد - زمانی اتفاق می افتد که دما کاهش می یابد، یعنی گرما حذف می شود. انتقال یک ماده از حالت مایع به جامد نامیده می شودسخت شدن , یا کریستاللیز . دمایی که یک ماده در آن متبلور می شود نامیده می شوددمای کریستالیون ها .
تجربه نشان می دهد که هر ماده ای در همان دما متبلور و ذوب می شود.
شکل نموداری از وابستگی دمای یک جسم کریستالی (یخ) به زمان گرم شدن (از نقطه) را نشان می دهد. ولیبه نقطه د)و زمان خنک شدن (از نقطه Dبه نقطه ک). زمان را در محور افقی و دما را در محور عمودی نشان می دهد.
از نمودار می توان دریافت که مشاهده این فرآیند از لحظه ای شروع شد که دمای یخ -40 درجه سانتیگراد بود یا همانطور که می گویند دما در لحظه اولیه زمان. تیزود= -40 درجه سانتیگراد (نقطه ولیروی نمودار). با گرم شدن بیشتر، دمای یخ افزایش می یابد (در نمودار، این منطقه است AB). درجه حرارت به 0 درجه سانتیگراد، نقطه ذوب یخ افزایش می یابد. در دمای صفر درجه سانتیگراد، یخ شروع به ذوب شدن می کند و دمای آن افزایش نمی یابد. در طول کل زمان ذوب (یعنی تا زمانی که تمام یخ ذوب شود)، دمای یخ تغییر نمی کند، اگرچه مشعل به سوختن ادامه می دهد و بنابراین گرما تامین می شود. فرآیند ذوب مربوط به بخش افقی نمودار است آفتاب . تنها پس از ذوب شدن همه یخ ها و تبدیل شدن به آب، دما دوباره شروع به افزایش می کند (بخش سی دی). پس از اینکه دمای آب به +40 درجه سانتیگراد رسید، مشعل خاموش می شود و آب شروع به خنک شدن می کند، یعنی گرما حذف می شود (برای این، یک ظرف آب را می توان در ظرف بزرگتر دیگری با یخ قرار داد). دمای آب شروع به کاهش می کند (بخش DE). هنگامی که دما به 0 درجه سانتیگراد می رسد، با وجود اینکه گرما هنوز حذف می شود، دمای آب کاهش می یابد. این فرآیند تبلور آب است - تشکیل یخ (بخش افقی EF). تا زمانی که تمام آب به یخ تبدیل نشود، دما تغییر نخواهد کرد. تنها پس از این، دمای یخ شروع به کاهش می کند (بخش FK).
نمای نمودار در نظر گرفته شده به صورت زیر توضیح داده شده است. مکان روشن است ABبه دلیل گرمای ورودی، میانگین انرژی جنبشی مولکول های یخ افزایش می یابد و دمای آن افزایش می یابد. مکان روشن است آفتابتمام انرژی دریافتی توسط محتویات فلاسک صرف تخریب شبکه کریستالی یخ می شود: آرایش فضایی منظم مولکول های آن با بی نظمی جایگزین می شود، فاصله بین مولکول ها تغییر می کند، یعنی. مولکول ها به گونه ای بازآرایی می شوند که ماده تبدیل به مایع می شود. میانگین انرژی جنبشی مولکول ها تغییر نمی کند، بنابراین دما بدون تغییر باقی می ماند. افزایش بیشتر دمای آب یخ مذاب (در منطقه سی دی) به معنای افزایش انرژی جنبشی مولکول های آب در اثر گرمای تامین شده توسط مشعل است.
هنگام خنک کردن آب (بخش DE) بخشی از انرژی از آن گرفته می شود، مولکول های آب با سرعت کمتری حرکت می کنند، میانگین انرژی جنبشی آنها کاهش می یابد - دما کاهش می یابد، آب سرد می شود. در دمای 0 درجه سانتیگراد (بخش افقی EF) مولکول ها شروع به ردیف شدن به ترتیب خاصی می کنند و یک شبکه کریستالی تشکیل می دهند. تا زمانی که این فرآیند کامل نشود، با وجود گرمای حذف شده، دمای ماده تغییر نمی کند، به این معنی که هنگام انجماد، مایع (آب) انرژی آزاد می کند. این دقیقاً همان انرژی است که یخ جذب کرده و به مایع تبدیل می شود (بخش آفتاب). انرژی درونی یک مایع بیشتر از انرژی جامد است. در طول ذوب (و تبلور)، انرژی درونی بدن به طور ناگهانی تغییر می کند.
فلزاتی که در دمای بالاتر از 1650 درجه سانتیگراد ذوب می شوند نامیده می شوند نسوز(تیتانیوم، کروم، مولیبدن و غیره). تنگستن بالاترین نقطه ذوب را در بین آنها دارد - حدود 3400 درجه سانتیگراد. فلزات نسوز و ترکیبات آنها به عنوان مواد مقاوم در برابر حرارت در هواپیما، فناوری موشک و فضایی و انرژی هسته ای استفاده می شود.
بار دیگر تاکید می کنیم که در هنگام ذوب، ماده انرژی جذب می کند. در هنگام تبلور، برعکس، آن را به آن می دهد محیط. در حال دریافت مقدار معینی ازحرارت آزاد شده در طول تبلور، محیط گرم می شود. این برای بسیاری از پرندگان به خوبی شناخته شده است. جای تعجب نیست که آنها را می توان در زمستان در هوای یخبندان دید که روی یخی نشسته اند که رودخانه ها و دریاچه ها را پوشانده است. به دلیل آزاد شدن انرژی در هنگام تشکیل یخ، هوای بالای آن چندین درجه گرمتر از جنگل روی درختان است و پرندگان از این موضوع استفاده می کنند.
حضور معین نقاط ذوبیکی از ویژگی های مهم مواد کریستالی است. بر این اساس است که می توان آنها را به راحتی از اجسام بی شکل که به عنوان جامدات نیز طبقه بندی می شوند، تشخیص داد. اینها به ویژه شیشه، رزین های بسیار چسبناک و پلاستیک هستند.
مواد آمورف(برخلاف کریستالی) نقطه ذوب خاصی ندارند - ذوب نمی شوند، اما نرم می شوند. به عنوان مثال، وقتی یک تکه شیشه گرم می شود، ابتدا از سخت نرم می شود، می توان آن را به راحتی خم کرد یا کشید. در بیشتر درجه حرارت بالاقطعه تحت تأثیر گرانش خود شروع به تغییر شکل می کند. وقتی گرم می شود، توده چسبناک غلیظ شکل ظرفی را می گیرد که در آن قرار دارد. این توده ابتدا مانند عسل غلیظ است، سپس مانند خامه ترش است و در نهایت تقریباً به مایع کم ویسکوزیته آب تبدیل می شود. با این حال، نمی توان دمای خاصی را برای انتقال یک جامد به مایع در اینجا نشان داد، زیرا وجود ندارد.
دلایل این امر در تفاوت اساسی بین ساختار اجسام آمورف و ساختار اجسام کریستالی نهفته است. اتم ها در اجسام آمورف به طور تصادفی مرتب شده اند. اجسام آمورف در ساختار خود شبیه مایعات هستند. در حال حاضر در شیشه جامد، اتم ها به طور تصادفی مرتب شده اند. این بدان معنی است که افزایش دمای شیشه فقط دامنه ارتعاشات مولکول های آن را افزایش می دهد و به تدریج آزادی حرکت بیشتر و بیشتری به آنها می دهد. بنابراین، شیشه به تدریج نرم می شود و مشخصه انتقال "جامد-مایع" تیز در انتقال از آرایش مولکول ها به ترتیب دقیق به یک نظم نامنظم را نشان نمی دهد.
حرارت ذوب- این مقدار گرمایی است که باید به یک ماده در فشار ثابت و دمای ثابت برابر با نقطه ذوب داده شود تا به طور کامل آن را از حالت کریستالی جامد به حالت مایع منتقل کند. گرمای همجوشی برابر با مقدار گرمایی است که در طی تبلور یک ماده از حالت مایع آزاد می شود. در حین ذوب، تمام گرمای عرضه شده به ماده به سمت افزایش انرژی پتانسیل مولکول های آن می رود. انرژی جنبشی تغییر نمی کند زیرا ذوب در دمای ثابت رخ می دهد.
با مطالعه تجربی ذوب مواد مختلف با یک جرم، می توان متوجه شد که برای تبدیل آنها به مایع به مقادیر مختلفی گرما نیاز است. به عنوان مثال، برای ذوب یک کیلوگرم یخ، باید 332 ژول انرژی و برای ذوب 1 کیلوگرم سرب، 25 کیلوژول انرژی مصرف کنید.
مقدار گرمای آزاد شده توسط بدن منفی در نظر گرفته می شود. بنابراین، هنگام محاسبه مقدار گرمای آزاد شده در طول تبلور یک ماده با جرم متر، باید از همان فرمول استفاده کنید، اما با علامت منفی:
ارزش کالری(یا ارزش حرارتی, کالری) مقدار گرمایی است که در طی احتراق کامل سوخت آزاد می شود.
برای گرم کردن اجسام اغلب از انرژی آزاد شده در طی احتراق سوخت استفاده می شود. سوخت معمولی (زغال سنگ، نفت، بنزین) حاوی کربن است. در طی احتراق، اتم های کربن با اتم های اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شوند و در نتیجه مولکول های دی اکسید کربن تشکیل می شوند. انرژی جنبشی این مولکول ها بیشتر از ذرات اولیه است. افزایش انرژی جنبشی مولکول ها در حین احتراق را آزاد شدن انرژی می گویند. انرژی آزاد شده در طی احتراق کامل سوخت، گرمای احتراق این سوخت است.
گرمای احتراق سوخت به نوع سوخت و جرم آن بستگی دارد. هر چه جرم سوخت بیشتر باشد میزان گرمای آزاد شده در طی احتراق کامل آن بیشتر می شود.
کمیت فیزیکی که نشان می دهد در طی احتراق کامل سوخت با وزن 1 کیلوگرم چه مقدار گرما آزاد می شود نامیده می شود. گرمای ویژه احتراق سوختگرمای ویژه احتراق با حرف نشان داده می شودqو بر حسب ژول بر کیلوگرم (J/kg) اندازه گیری می شود.
مقدار گرما سدر هنگام احتراق آزاد می شود مترکیلوگرم سوخت با فرمول تعیین می شود:
برای یافتن مقدار گرمای آزاد شده در حین احتراق کامل یک سوخت با جرم دلخواه، باید گرمای ویژه احتراق این سوخت را در جرم آن ضرب کرد.
