Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

13.18: Криві нагріву та охолодження

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19255

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    За життя Марка Твена (справжнє ім'я: Samuel Langhorne Clemens, 1835-1910) пароплав був основним засобом пересування по річках і озерах США. Сам Твен був пілотом пароплава на річці Міссісіпі протягом певного періоду часу, і взяв своє перо ім'я з вимірювання глибини води (дванадцять футів, що було безпечною глибиною для човнів). Човни отримали свою потужність від пари - рідкої води, перетвореної в газ при високих температурах. Пара штовхала б поршні двигуна, змушуючи лопатеві колеса обертатися і приводити в рух човен.

    Криві нагріву

    Уявіть, що у вас є брила льоду, яка знаходиться при температурі\(-30^\text{o} \text{C}\), значно нижче її температури плавлення. Лід знаходиться в закритій ємності. Оскільки тепло постійно додається до крижаної брили, молекули води почнуть вібрувати все швидше і швидше, оскільки вони поглинають кінетичну енергію. Врешті-решт, коли лід нагріється до\(0^\text{o} \text{C}\), додана енергія почне руйнувати водневий зв'язок, який утримує молекули води на місці, коли вона знаходиться в твердій формі. У міру танення льоду його температура не підвищується. Вся енергія, яка вкладається в лід, йде в процес танення, а не в будь-яке підвищення температури. Під час процесу плавлення два стани - тверде і рідке - знаходяться в рівновазі один з одним. Якщо система була ізольована в цей момент, і енергії не було дозволено входити або виходити, то суміш з крижаною водою\(0^\text{o} \text{C}\) залишиться. Температура завжди постійна під час зміни стану.

    Продовження нагрівання води після того, як лід повністю розтане, тепер збільшить кінетичну енергію молекул рідини і температура підвищиться. Якщо припустити, що атмосферний тиск є стандартним, температура буде неухильно підвищуватися, поки не досягне\(100^\text{o} \text{C}\). У цей момент додана енергія від тепла призведе до того, що рідина почне випаровуватися. Як і при попередньому зміні стану, температура залишатиметься на рівні,\(100^\text{o} \text{C}\) поки молекули води переходять з рідини в стан газу або пари. Як тільки вся рідина повністю википить, тривале нагрівання пара (так як ємність закрита) підвищить його температуру вище\(100^\text{o} \text{C}\).

    Описаний вище експеримент можна узагальнити в графіку, званому кривою нагріву (малюнок нижче).

    Малюнок\(\PageIndex{1}\): У кривій нагріву води температура відображається як постійно додається тепло. Зміни стану відбуваються під час плато, тому що температура постійна.

    Зміна поведінки стану всіх речовин можна представити кривою нагрівання даного типу. Точки плавлення і кипіння речовини можна визначити по горизонтальних лініях або плато на кривій. Інші речовини мають температури плавлення та кипіння, які відрізняються від температури води. Винятком з цієї кривої нагріву є така речовина, як вуглекислий газ, яка підноситься, а не плавиться при стандартному тиску. Крива нагріву для вуглекислого газу мала б лише одне плато, при температурі сублімації\(\ce{CO_2}\).

    Весь експеримент можна було запустити в зворотному напрямку. Пар вище\(100^\text{o} \text{C}\) міг бути стабільно охолоджений до\(100^\text{o} \text{C}\), і в цей момент він буде конденсуватися до рідкої води. Потім воду можна було охолодити\(0^\text{o} \text{C}\), і в цей момент тривале охолодження заморозить воду до льоду. Потім лід можна було охолодити до точки нижче\(0^\text{o} \text{C}\). Це може бути побудовано на схемі кривої охолодження, яка була б зворотною кривою нагріву.

    Короткий зміст державних змін

    Всі зміни стану, що відбуваються між твердим, рідким і газом, зведені на діаграмі на малюнку нижче. Заморожування є протилежністю плавлення, і обидва являють собою рівновагу між твердим і рідким станами. Випаровування відбувається, коли рідина перетворюється на газ. Конденсація протилежна випаровуванню, і обидва представляють рівновагу між рідким і газовим станами. Осадження протилежне сублімації, і обидва являють собою рівновагу між твердим і газовим станами.

    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Тверді, рідкі та газові стани з термінами для кожної зміни стану, що відбувається між ними.

    Резюме

    • Зміна стану може бути спричинена шляхом введення тепла в систему або видалення його з системи.
    • Температура системи не зміниться до тих пір, поки речовина зазнає зміни від твердого до рідкого на газ, а також зворотного.
    • Заморожування - протилежність плавлення.
    • Випаровування відбувається, коли рідина перетворюється на газ.
    • Конденсація - протилежність пароутворення.
    • Осадження - протилежність сублімації.