Какой процесс называется плавление и отвердевание кристаллических тел

Тепловые явления

Определение

Явления, которые связаны с изменением температуры тела, приводящей к его нагреванию или охлаждению, называют тепловыми. 

В качестве примера можно привести нагревание и охлаждение воздуха, таяние льда, плавление металлов и др.

Закон сохранения энергии

Закон сохранения энергии постулирует, что в природе не происходит возникновения или исчезновения энергии. Энергия существует всегда, просто она превращается из одного вида в другой, передается от одного тела другому, и при этом ее значение сохраняется.

Уравнение, иллюстрирующее закон сохранения механической энергии, выглядит так:

\(E_{k_1}+E_{p_1}=E_{k_2}+E_{p_2}\)

и означает следующее: 

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, которые находятся в замкнутой системе и взаимодействуют между собой силами тяготения и упругости, остается постоянной.

В данном уравнении \(E_{k_1}\) и \(E_{k_2}\) — кинетическая энергия тела, \(E_{p_1}\) и \(E_{p_2}\) — потенциальная энергия тела.

Полная механическая энергия (E) будет определяться по формуле:

\(E=E_k+E_p\)

где \(E_k\) — кинетическая энергия, \(E_p\) — потенциальная.

Формула вычисления количества теплоты

Внутренняя энергия тела может изменяться двумя путями:

• за счет совершения работы; 
• без совершения работы, за счет теплопередачи. 

Определение

Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче, называется количеством теплоты.

Определяется по формуле:

\(Q=c\times m\times\left(t_2-t_1\right)\)

где Q — количество теплоты, измеряемое в джоулях, c — удельная теплоемкость, m — масса тела, \(t_1\) — начальная, \(t_2\) — конечная температуры.  

Формула вычисления количества теплоты при сгорании топлива

Определение

Количеством теплоты при сгорании топлива называется величина, которая равняется количеству энергии, выделяемой при полном сгорании топлива. 

Для определения количества теплоты при сгорании топлива необходимо знать удельную теплоту сгорания q — количество теплоты, которое выделяет 1 килограмм топлива при полном сгорании.

Формула выглядит так:

\(Q=q\times m\)

где Q — количество теплоты при сгорании топлива, измеряется в джоулях, m — масса топлива.

Количество теплоты плавления (кристаллизации)

Определение

Количество теплоты плавления или кристаллизации — это физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты необходимо для плавления тела при условии, что оно находится в условиях температуры плавления и нормальном атмосферном давлении. 

Для определения количества теплоты плавления нужно знать удельную теплоту плавления (\lambda) — величину, показывающую, какое количество теплоты необходимо дать кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние.

Количество теплоты плавления определяется по формуле:

\(Q=\lambda\times m,\)

Количество теплоты кристаллизации находят таким образом:

\(Q=-\lambda\times m\)

где Q — количество теплоты плавления или кристаллизации, измеряется в джоулях, m — масса тела.

Формула вычисления абсолютной влажности

Определение

Влажностью воздуха называется содержание водяного пара в атмосфере, которое возможно за счет непрерывного испарения воды с поверхности водоемов.

Абсолютная влажность (ρ) показывает плотность водяного пара, т.е. сколько граммов водяного пара содержится в воздухе объемом 1 кубический метр при заданных условиях.

Вычисляется по формуле:

\(p=\frac mV\)

где m — масса водяного пара в воздухе, V — объем воздуха.

Измеряется в \(г/{м^3}\).

Вычисление относительной влажности воздуха

Определение 6

Относительная влажность воздуха \((\varphi)\) — это отношение абсолютной влажности воздуха (ρ) к плотности насыщенного водяного пара при той же температуре (\(ρ_0\)), выражается в процентах.

Насыщение водяного пара зависит от:

• температуры;
• количества водяных паров;
• давления.

Соответственно, относительную влажность воздуха можно вычислить при помощи формулы:

\(\varphi=\frac p{p_0}\times100\%\)

КПД тепловой машины

С помощью коэффициента полезного действия (КПД) двигателя определяют экономичность различных тепловых двигателей.

Определение

КПД называется отношение совершенной двигателем полезной работы к энергии, полученной от нагревателя.

КПД двигателя находят по формуле:

\(\eta=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}\times100\%\)

где \eta — КПД, выражается в процентах; \(Q_1\) — количество теплоты, полученное от нагревателя, \(Q_2\) — количество теплоты, отданное телом холодильнику.

Формулы

Какой процесс называют тепловым? Любой, при котором происходит смена агрегатных состояний материалов, поскольку в них большую роль играет температура. Любое тепловое изменение имеет ей обратное: из жидкого в твердое и наоборот, из твердого в пар и наоборот.

Важно! Почти все тепловые процессы обратимы. Существуют формулы, по которым можно определить, какова будет удельная теплота, то есть тепло, требующееся для изменения 1 кг твердого вещества

Существуют формулы, по которым можно определить, какова будет удельная теплота, то есть тепло, требующееся для изменения 1 кг твердого вещества.

Например, формула отвердевания и плавки: Q=λm, где λ это удельная теплота.

А вот формула для отображения процесса охлаждения и нагревания Q=cmt, где с – удельная теплоемкость объем тепла для нагревания 1 кг материала на один градус, m -это масса, а t – разница температур.

Формула для конденсации и парообразования: Q=Lm, где удельная теплота -L, а m – масса.

Почему стоимость стяжки у разных компаний может так сильно отличаться?

Плавление платины в домашних условиях

Если возникла такая ситуация, когда нужно переплавить платину в домашних условиях, предварительно нужно ознакомиться с данным процессом. Перед процедурой подготавливают необходимые инструменты и материалы. Плавить платину можно с помощью самодельных газовых горелок с использованием кислородных баллонов. Также используют для этих целей сварочный аппарат. В качестве емкости берут фарфоровый тигель.

Лабораторный фарфоровый тигель

Подготавливают шихту таким же образом, как и в промышленных условиях. Сам процесс плавки выполняется следующим образом.

Платиновый сплав помещается в тигель и нагревается газовой горелкой или другими самодельными приспособлениями до достижения необходимой температуры.
Вид отлитого металла зависит от созданной формы и личных предпочтений.
После плавления платина должна полностью остыть.
Готовое изделие вынимается из формы с помощью инструментов и с соблюдением необходимых мер осторожности.

Как видите, плавить платину самостоятельно можно, хотя конечный результат во многом зависит от умений мастера, качества материалов и знания технологии. Получить чистый продукт без примесей без специального оборудования практически невозможно, т.к. все способы плавки не идеальны. Если нужен чистый металл, лучше обратиться к специалистам.

ФИЗИКА

§ 13. Плавление и отвердевание кристаллических тел

Передавая телу энергию, можно перевести его из твёрдого состояния в жидкое (например, расплавить лёд), а из жидкого — в газообразное (превратить воду в пар).

Если газ отдаёт энергию, то может превратиться в жидкость, а жидкость, отдавая энергию, может превратиться в твёрдое тело.

Переход вещества из твёрдого состояния в жидкое называют плавлением.

Чтобы расплавить тело, нужно сначала нагреть его до определённой температуры.

Температуру, при которой вещество плавится, называют температурой плавления вещества.

Плавление олова в стальной ложке

Одни кристаллические тела плавятся при низкой температуре, другие — при высокой. Лёд, например, можно расплавить, внеся его в комнату. Кусок олова или свинца — в стальной ложке, нагревая её на спиртовке. Железо плавят в специальных печах, где достигается высокая температура.

Из таблицы 3 видно, в каких широких пределах лежат температуры плавления различных веществ.

Таблица 3.
Температура плавления некоторых веществ (при нормальном атмосферном давлении)

Например, температура плавления металла цезия 29 °С, т. е. его можно расплавить в тёплой воде.

Переход вещества из жидкого состояния в твёрдое называют отвердеванием или кристаллизацией.

Чтобы началась кристаллизация расплавленного тела, оно должно остыть до определённой температуры.

Температура, при которой вещество отвердевает (кристаллизуется), называют температурой отвердевания или кристаллизации.

Опыт показывает, что вещества отвердевают при той же температуре, при которой плавятся. Например, вода кристаллизуется (а лед плавится) при 0 °С, чистое железо плавится и кристаллизуется при температуре 1539°С.

Вопросы

1. Какой процесс называют плавлением?
2. Какой процесс называют отвердеванием?
3. Как называют температуру, при которой вещество плавится и отвердевает?

Упражнение 11

1. Будет ли плавиться свинец, если его бросить в расплавленное олово? Ответ обоснуйте.
2. Можно ли в алюминиевом сосуде расплавить цинк? Ответ обоснуйте.
3. Почему для измерения температуры наружного воздуха в холодных районах применяют термометры со спиртом, а не с ртутью?

Задание

1. Какой из металлов, приведённых в таблице 3, самый легкоплавкий; самый тугоплавкий?
2. Сравните температуры плавления твёрдой ртути и твёрдого спирта. У какого из этих веществ температура плавления выше?

Теплота плавления

Теперь перейдем от определения плавления к формуле, которая количественно описывает этот процесс. Когда происходит плавление, то внешний подвод тепла расходуется на разрыв связей в твердом теле и его перевод в жидкое состояние. Энергия, которую необходимо затратить, чтобы определенное количество твердого вещества, находящегося при температуре плавления, перешло в жидкое состояние называется теплотой плавления. Формула в этом случае записывается так: λ=Q/m, где Q — количество теплоты, m — масса тела.

Значение теплоты плавления λ зависит от физико-химических свойств материала. Например, для льда это значение составляет 333,55 Дж/г или 6,02 кДж/моль, а для железа 13,81 кДж/моль. Значения приведены при давлении 1 атмосфера.

«Плавление и кристаллизация. Удельная теплота плавления»

Плавление

Плавление — это процесс превращения вещества из твёрдого состояния в жидкое.

Наблюдения показывают, что если измельчённый лёд, имеющий, например, температуру 10 °С, оставить в тёплой комнате, то его температура будет повышаться. При 0 °С лёд начнет таять, а температура при этом не будет изменяться до тех пор, пока весь лёд не превратится в жидкость. После этого температура образовавшейся изо льда воды будет повышаться.

Это означает, что кристаллические тела, к которым относится и лед, плавятся при определённой температуре, которую называют температурой плавления

Важно, что во время процесса плавления температура кристаллического вещества и образовавшейся в процессе его плавления жидкости остаётся неизменной

В описанном выше опыте лёд получал некоторое количество теплоты, его внутренняя энергия увеличивалась за счёт увеличения средней кинетической энергии движения молекул. Затем лёд плавился, его температура при этом не менялась, хотя лёд получал некоторое количество теплоты. Следовательно, его внутренняя энергия увеличивалась, но не за счёт кинетической, а за счёт потенциальной энергии взаимодействия молекул. Получаемая извне энергия расходуется на разрушение кристаллической решетки. Подобным образом происходит плавление любого кристаллического тела.

Аморфные тела не имеют определённой температуры плавления. При повышении температуры они постепенно размягчаются, пока не превратятся в жидкость.

Кристаллизация

Кристаллизация — это процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое состояние. Охлаждаясь, жидкость будет отдавать некоторое количество теплоты окружающему воздуху. При этом будет уменьшаться её внутренняя энергия за счёт уменьшения средней кинетической энергии его молекул. При определённой температуре начнётся процесс кристаллизации, во время этого процесса температура вещества не будет изменяться, пока всё вещество не перейдет в твёрдое состояние. Этот переход сопровождается выделением определённого количества теплоты и соответственно уменьшением внутренней энергии вещества за счёт уменьшения потенциальной энергии взаимодействия его молекул.

Таким образом, переход вещества из жидкого состояния в твёрдое состояние происходит при определённой температуре, называемой температурой кристаллизации. Эта температура остаётся неизменной в течение всего процесса плавления. Она равна температуре плавления этого вещества.

На рисунке приведён график зависимости температуры твёрдого кристаллического вещества от времени в процессе его нагревания от комнатной температуры до температуры плавления, плавления, нагревания вещества в жидком состоянии, охлаждения жидкого вещества, кристаллизации и последующего охлаждения вещества в твёрдом состоянии.

Удельная теплота плавления

Различные кристаллические вещества имеют разное строение. Соответственно, для того, чтобы разрушить кристаллическую решётку твёрдого тела при температуре его плавления, необходимо ему сообщить разное количество теплоты.

Удельная теплота плавления — это количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг кристаллического вещества, чтобы превратить его в жидкость при температуре плавления. Опыт показывает, что удельная теплота плавления равна удельной теплоте кристаллизации.

Удельная теплота плавления обозначается буквой λ. Единица удельной теплоты плавления — = 1 Дж/кг.

Значения удельной теплоты плавления кристаллических веществ приведены в таблице. Удельная теплота плавления алюминия 3,9*105 Дж/кг. Это означает, что для плавления 1 кг алюминия при температуре плавления необходимо затратить количество теплоты 3,9*105 Дж. Этому же значению равно увеличение внутренней энергии 1 кг алюминия.

Чтобы вычислить количество теплоты Q, необходимое для плавления вещества массой m, взятого при температуре плавления, следует удельную теплоту плавления λ умножить на массу вещества: Q = λm.

Эта же формула используется при вычислении количества теплоты, выделяющегося при кристаллизации жидкости.

Конспект урока «Плавление и кристаллизация. Удельная теплота плавления».

Следующая тема: «Тепловые машины. ДВС. Удельная теплота сгорания топлива».

Определение удельной теплоты плавления

Удельной теплотой плавления называют физическую величину равную количеству тепла (в джоулях), которое необходимо передать твердому телу массой 1 кг, чтобы полностью перевести его в жидкое состояние. Удельную теплоту плавления обозначают греческой буквой «лямбда» – λ.

Формула удельной теплоты плавление выглядит так:

λ = Q/m

Где m – масса плавящегося вещества, а Q – количество тепла, переданное веществу при плавлении.

Зная значение удельной теплоты плавления, мы можем определить, какое количество тепла необходимо передать для тела с той или иной массой, для его полного расплавления:

Q = λ * m

Для разных веществ удельная теплота плавления была определена экспериментально.

Предсказание температуры плавления (критерий Линдемана)

Попытка предсказать точку плавления кристаллических материалов была предпринята в 1910 году Фредериком Линдеманом (англ.). Идея заключалась в наблюдении того, что средняя амплитуда тепловых колебаний увеличивается с увеличением температуры. Плавление начинается тогда, когда амплитуда колебаний становится достаточно большой для того, чтобы соседние атомы начали частично занимать одно и то же пространство.

Критерий Линдемана утверждает, что плавление ожидается, когда среднеквадратическое значение амплитуды колебаний превышает пороговую величину.

Температура плавления кристаллов достаточно хорошо описывается формулой Линдемана:

Tλ=xm29ℏ2MkBθrs2{\displaystyle T_{\lambda }={\frac {x_{m}^{2}}{9\hbar ^{2}}}Mk_{B}\theta r_{s}^{2}}

где rs{\displaystyle r_{s}} — средний радиус элементарной ячейки, θ{\displaystyle \theta } — температура Дебая, а параметр xm{\displaystyle x_{m}} для большинства материалов меняется в интервале 0,15-0,3.

Температура плавления – Расчет

Формула Линдемана выполняла функцию теоретического обоснования плавления в течение почти ста лет, но развития не имела из-за низкой точности.

В 1999г. И.В. Гаврилиным было получено новое выражение для расчёта температуры плавления:

Т_пл = DH_пл / 1,5 N k,                                    (1)

где Т_пл – температура плавления; DH_пл – скрытая теплота плавления; N – скрытая теплота плавления; k – константа Больцмана.   

Впервые получено исключительно компактное выражение (1) для расчёта температуры плавления металлов, связывающее эту температуру с известными физическими константами: скрытой теплотой плавления, числом Авогадро и константой Больцмана.

Точность расчетов по (1) можно оценить по данным таблицы.

Таблица.                                                          

Температура плавления некоторых металлов. Расчет по (1)

Me	Al	V	Mn	Fe	Ni	Cu	Zn	Sn	Mo
DHпл ккал моль-1	2,5	5,51	3,5	4,4	4,18	3,12	1,7	1,7	8,7
Тпл, К по (1)	876	1857	1179	1428	1406	1051	583	529	2945
Тпл, К Эксп.	933	2190	1517	1811	1728	1357	692	505	2890

По этим данным, точность расчетов Т_пл меняется от 2 до 30%, что в расчетах такого рода вполне приемлемо.             

Формула (1) выведена как одно из следствий новой теории плавления и кристаллизации, опубликованной в 2000г..

— Гаврилин И.В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов. Изд. ВлГУ. Владимир. 2000. 256 с.                                  

От чего может зависеть температура плавления

Для различных материалов температура, при которой происходит полное перестроение структуры до текучего состояния, разная. Если рассматривать сталь и различные сплавы, то отметим следующие зависимости:

В чистом виде металлы встречаются довольно редко. Во многом показатель температуры кипения зависит от химического состава. Примером назовем олово, в которое могут добавлять цинки, серебро и другие элементы. Примеси могут делать материал более или менее устойчивым к нагреву.
Существуют сплавы, которые из-за своего химического состава могут переходить в жидкое состояние при температуре выше 150 градусов Цельсия. Кроме этого, встречаются сплавы, структура которых может выдерживать нагрев до 3 000 градусов Цельсия и более

С учетом того, что при перестроении кристаллической решетки изменяются все физико-механические качества, а условия эксплуатации могут характеризоваться температурой нагрева, можно сказать: точка плавления металла — важное физическое свойство вещества. Примером можно назвать изготовление деталей для авиационного оборудования.

Термическая обработка, как правило, практически не изменяет устойчивость структуры к нагреву. Единственным способом повышения устойчивости к нагреву можно назвать изменение химического состава, для чего и проводится легирование стали.

https://youtube.com/watch?v=cIlonSuReH0

Как происходит процесс

Элементы, какими бы они ни были: золото, железо, чугун, сталь или любой другой — плавятся примерно одинаково. Это происходит при внешнем или внутреннем нагревании. Внешнее нагревание осуществляется в термической печи. Для внутреннего применяют резистивный нагрев, пропуская электрический ток или индукционный нагрев в электромагнитном поле высокой частоты

. Воздействие при этом примерно одинаковое.

Когда происходит нагревание

, усиливается амплитуда тепловых колебаний молекул. Появляютсяструктурные дефекты решётки , сопровождаемые разрывом межатомных связей. Период разрушения решётки и скопления дефектов и называется плавлением.

В зависимости от градуса, при котором плавятся металлы, они разделяются на:

1. легкоплавкие — до 600 °C: свинец, цинк, олово;
2. среднеплавкие — от 600 °C до 1600 °C: золото, медь, алюминий, чугун, железо и большая часть всех элементов и соединений;
3. тугоплавкие — от 1600 °C: хром, вольфрам, молибден, титан.

В зависимости от того, каков максимальный градус, подбирается и плавильный аппарат. Он должен быть тем прочнее, чем сильнее будет нагревание.

Вторая важная величина — градус кипения. Это параметр, при достижении которого начинается кипение жидкостей. Как правило, она в два раза выше градуса плавления. Эти величины прямо пропорциональны между собой и обычно их приводят при нормальном давлении.

Если давление увеличивается, величина плавления тоже увеличивается. Если давление уменьшается, то и она уменьшается.

Примечания

1. С. Т. Жуков Химия 8-9 класс, Глава 1. Основные представления и понятия химии
2. Разброс экспериментальных данных связан, по видимому, с фазовым переходом графит-карбин и различной скоростью нагрева при измерениях. Климовский И. И., Марковец В. В. Влияние фазового перехода графит-карбин на излучательную способность графитовых образцов при их нагревании до температур 3000 K и более // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology. — 2007. — № 6 (50). — С. 50-59.
3. Андреев В. Д. Избранные проблемы теоретической физики.. — Киев: Аванпост-Прим,. — 2012.
4. Мейер К. Физико-химическая кристаллография, М., «Металлография», 1972
5. Lindemann F. A. // Phys.Z., 1910, v.11, p.609
6. Wood W. W., Jacobson J. D. Preliminary Results from a Recalculation of the Monte Carlo Equation of State of Hard Spheres // J. Chem. Phys.. — 1957. — № 27. — С. 1207. — DOI:10.1063/1.1743956.
7. Alder B. J., Wainwright T. E. Phase Transition in Elastic Disks // Phys. Rev.. — 1962. — № 127. — С. 359. — DOI:10.1103/PhysRev.127.359.
8. Hoover W. G., Gray S. G., Johnson K. W. Thermodynamic Properties of the Fluid and Solid Phases for Inverse Power Potentials // J. Chem. Phys.. — 1971. — № 55. — С. 1128. — DOI:10.1063/1.1676196.
9. Пайнс Д. Элементарные возбуждения в твёрдых телах. М., Мир, 1965.
10. Андреев В. Д. Крэш (crash)-конформационная кинематика ковалентной решетки алмаза при плавлении. // Журнал структурной химии. — 2001. — № 3. — С. 486-495.
11. Андреев В. Д. «Фактор плавления» при межатомных взаимодействиях в алмазной решетке. // Химическая физика. — 2002. — № 8,т.21. — С. 35-40.

При какой температуре плавится железо

В таблице представлена температура плавления металлов tпл, их температура кипения tк при атмосферном давлении, плотность металлов ρ при 25°С и теплопроводность λ при 27°С.

Температура плавления металлов, а также их плотность и теплопроводность приведены в таблице для следующих металлов: актиний Ac, серебро Ag, алюминий Al, золото Au, барий Ba, берилий Be, висмут Bi, кальций Ca, кадмий Cd, кобальт Co, хром Cr, цезий Cs, медь Cu, железо Fe, галлий Ga, гафний Hf, ртуть Hg, индий In, иридий Ir, калий K, литий Li, магний Mg, марганец Mn, молибден Mo, натрий Na, ниобий Nb, никель Ni, нептуний Np, осмий Os, протактиний Pa, свинец Pb, палладий Pd, полоний Po, платина Pt, плутоний Pu, радий Ra, рубидий Pb, рений Re, родий Rh, рутений Ru, сурьма Sb, олово Sn, стронций Sr, тантал Ta, технеций Tc, торий Th, титан Ti, таллий Tl, уран U, ванадий V, вольфрам W, цинк Zn, цирконий Zr.

По данным таблицы видно, что температура плавления металлов изменяется в широком диапазоне (от -38,83°С у ртути до 3422°С у вольфрама). Низкой положительной температурой плавления обладают такие металлы, как литий (18,05°С), цезий (28,44°С), рубидий (39,3°С) и другие щелочные металлы.

Наиболее тугоплавкими являются следующие металлы: гафний, иридий, молибден, ниобий, осмий, рений, рутений, тантал, технеций, вольфрам. Температура плавления этих металлов выше 2000°С.

Приведем примеры температуры плавления металлов, широко применяемых в промышленности и в быту:

• температура плавления алюминия 660,32 °С;
• температура плавления меди 1084,62 °С;
• температура плавления свинца 327,46 °С;
• температура плавления золота 1064,18 °С;
• температура плавления олова 231,93 °С;
• температура плавления серебра 961,78 °С;
• температура плавления ртути -38,83°С.

Максимальной температурой кипения из металлов, представленных в таблице, обладает рений Re — она составляет 5596°С. Также высокими температурами кипения обладают металлы, относящиеся к группе с высокой температурой плавления.

Плотность металлов в таблице находится в диапазоне от 0,534 до 22,59 г/см 3 , то есть самым легким металлом является литий, а самым тяжелым металлом осмий. Следует отметить, что осмий имеет плотность большую, чем плотность урана и даже плутония при комнатной температуре.

Теплопроводность металлов в таблице изменяется от 6,3 до 427 Вт/(м·град), таким образом хуже всего проводит тепло такой металл, как нептуний, а лучшим теплопроводящим металлом является серебро.

Температура плавления стали

Представлена таблица значений температуры плавления стали распространенных марок. Рассмотрены стали для отливок, конструкционные, жаропрочные, углеродистые и другие классы сталей.

Температура плавления стали находится в диапазоне от 1350 до 1535°С. Стали в таблице расположены в порядке возрастания их температуры плавления.

Стали для отливок Х28Л и Х34Л
1350
Коррозионно-стойкая жаропрочная 12Х18Н9Т
1425

Сталь конструкционная 12Х18Н10Т
1400
Жаропрочная высоколегированная 20Х23Н13
1440

Жаропрочная высоколегированная 20Х20Н14С2
1400
Жаропрочная высоколегированная 40Х10С2М
1480

Жаропрочная высоколегированная 20Х25Н20С2
1400
Сталь коррозионно-стойкая Х25С3Н (ЭИ261)
1480

Сталь конструкционная 12Х18Н10
1410
Жаропрочная высоколегированная 40Х9С2 (ЭСХ8)
1480

Коррозионно-стойкая жаропрочная 12Х18Н9
1410
Коррозионно-стойкие обыкновенные 95Х18…15Х28
1500

Сталь жаропрочная Х20Н35
1410
Коррозионно-стойкая жаропрочная 15Х25Т (ЭИ439)
1500

Жаропрочная высоколегированная 20Х23Н18 (ЭИ417)
1415
Углеродистые стали
1535

1. Волков А. И., Жарский И. М. Большой химический справочник. — М: Советская школа, 2005. — 608 с.
2. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
3. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

Каждый металл или сплав обладает уникальными свойствами, в число которых входит температура плавления. При этом объект переходит из одного состояния в другое, в конкретном случае становится из твёрдого жидким.

Чтобы его расплавить, необходимо подвести к нему тепло и нагревать до достижения нужной температуры. В момент, когда достигается нужная точка температуры данного сплава, он ещё может остаться в твёрдом состоянии.

При продолжении воздействия начинает плавиться.

Плавление кристаллических тел. Удельная теплота плавления

Подробности

Просмотров: 361

Плавление — это переход вещества из твердого состояния в жидкое.

При нагревании увеличивается температура вещества, и возрастает скорость теплового движения частиц , при этом увеличивается внутренняя энергия тела.
Когда температура твердого тело достигает температуры плавления , кристаллическая решетка твердого вещества начинает разрушаться.
Таким образом, основная часть энергия нагревателя, пдводимая к твердому телу, идет на уменьшение связей между частицами вещества, т. е. на разрушение кристаллической решетки.

При этом возрастает энергия взаимодействия между частицами.
Расплавленное вещество обладает большим запасом внутренней энергии, чем в твердом состоянии.
Оставшаяся часть теплоты плавления расходуется на совершение работы по изменению объема тела при его плавлении.
При плавлении объем большинства кристаллических тел увеличивается (на 3-6%), а при отвердевании уменьшается.
Но, существуют вещества, у которых при плавлении объем уменьшается, а при отвердевании — увеличивается.
К ним относятся, например, вода и чугун, кремний и некоторые другие. Именно поэтому лёд плавает на поверхности воды, а твердый чугун — в собственном расплаве.
Твердые тела, называемые аморфными ( янтарь, смола, стекло) не имеют определенной температуры плавления.

Количество теплоты, необходимой для плавления вещества, равно произведению удельной теплоты плавления на массу данного вещества.
Удельная теплота плавления показывает, какое кол теплоты необходимо для полного превращения 1 кг вещества из твердого состояния в жидкое, взятого при темп плавления.
Единицей удельной теплоты плавления в СИ служит 1Дж/кг.

В процессе плавления температура кристалла остается постоянной. Эта температура называется температурой плавления. У каждого вещества своя температура плавления.
Температура плавления для данного вещества зависит от атмосферного давления.
У кристаллических тел при температуре плавления можно наблюдать вещество одновременно
в твердом и жидком состояниях.

ДА или НЕТ

Если два одинаковых сосуда из полиэтилена заполнить водой при 0 градусов C, и один сосуд поместить в воду при 0 градусов C, а другой—в измельченный лёд при 0 градусов C, то замерзнет ли вода в каком—нибудь из этих сосудов?

КНИЖНАЯ ПОЛКА

Эти замечательные стеклянные «слёзки»Мороз, а лёд-то плавится!

ИНТЕРЕСНО О ПЛАВЛЕНИИ

Ледяные зёрна и звезды.

Внесите кусок чистого льда в тёплую комнату и понаблюдайте за тем, как он тает. Довольно быстро выяснится, что лёд, казавшийся монолитным и однородным, распадается на множество мелких зёрен — отдельных кристаллов. В объёме льда они расположены хаотично.
Не менее интересную картину можно увидеть, когда лёд плавится с поверхности.
Поднесите к лампе гладкий кусок льда и подождите, пока он начнёт плавиться. Когда плавление затронет внутренние зёрна, там начнут появляться очень мелкие узоры. В сильную лупу видно, что они имеют форму шестиугольных снежинок. На самом же деле это протаявшие впадинки, заполненные водой. Форма и направление их лучей соответствуют ориентации монокристаллов льда. Эти узоры называются „звёздочками Тиндаля“ в честь английского физика, открывшего и описавшего их в 1855 году.

«Звездочки Тиндаля», похожие на снежинки, на самом деле — впадинки на поверхности подтаявшего льда размером около 1,5 мм, заполненные водой. В их центре видны воздушные пузырьки, возникшие из-за разности объемов растаявшего льда и талой воды.

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ

Существут металл, так называемый, сплав Вуда, который можно запросто расплавить даже в теплой воде ( +68 градусов Цельсия).
Так при размешивании сахара в стакане металлическая ложка из этого сплава растает быстрее сахара!

Самое тугоплавкое вещество — карбид тантала ТаС0-88 плавится при температуре 3990°С.
В 1987 году немецкие исследователи смогли переохладить воду до температуры –700С, сохраняя ее в жидком состоянии.

Иногда, чтобы снег на тротуарах быстрее таял, их посыпают солью. Это происходит потому, что образуется раствор соли в воде, температура замерзания которого ниже температуры воздуха.
Раствор просто стекает с тротуара.

Интересно, что ноги стынут больше на мокром тротуаре, так как температура раствора соли и воды ниже температуры чистого снега.
Если из чайника налить чай в две кружки: с сахаром и без сахара

При сильных морозах для восстановления гладкости льда поливку катка производят горячей водой.. Горячая вода расплавляет тонкий верхний слой льда, не так быстро замерзает, успевает растечься, и поверхность льда получается очень гладкой.

ВОПРОС

На дне сосуда намерз лед. Налили воду – лед растаял. Изменится ли уровень воды?

Следующая страница

Назад в раздел «8 класс»

Разделение металлов

В зависимости от температуры плавления металлы делятся на:

1. Легкоплавкие: им необходимо не более 600Со. Это цинк, свинец, виснут, олово.
2. Среднеплавкие: температура плавления колеблется от 600Со до 1600Со. Это золото, медь, алюминий, магний, железо, никель и большая половина всех элементов.
3. Тугоплавкие: требуется температура свыше 1600Со, чтобы сделать металл жидким. Сюда относятся хром, вольфрам, молибден, титан.

В зависимости от температуры плавления выбирают и плавильный аппарат. Чем выше показатель, тем прочнее он должен быть. Узнать температуру нужного вам элемента можно из таблицы.

Еще одной немаловажной величиной является температура кипения. Это величина, при которой начинается процесс кипения жидкостей, она соответствует температуре насыщенного пара, который образуется над плоской поверхностью кипящей жидкости

Обычно она почти в два раза больше, чем температура плавления.

Обе величины принято приводить при нормальном давлении. Между собой они прямопропорциональны.

1. Увеличивается давление — увеличится величина плавления.
2. Уменьшается давление — уменьшается величина плавления.

Таблица легкоплавких металлов и сплавов (до 600С о )

Название элемента	Латинское обозначение	Температуры
Плавления	Кипения
Олово	Sn	232 Со	2600 Со
Свинец	Pb	327 Со	1750 Со
Цинк	Zn	420 Со	907 Со
Калий	K	63,6 Со	759 Со
Натрий	Na	97,8 Со	883 Со
Ртуть	Hg	— 38,9 Со	356.73 Со
Цезий	Cs	28,4 Со	667.5 Со
Висмут	Bi	271,4 Со	1564 Со
Палладий	Pd	327,5 Со	1749 Со
Полоний	Po	254 Со	962 Со
Кадмий	Cd	321,07 Со	767 Со
Рубидий	Rb	39,3 Со	688 Со
Галлий	Ga	29,76 Со	2204 Со
Индий	In	156,6 Со	2072 Со
Таллий	Tl	304 Со	1473 Со
Литий	Li	18,05 Со	1342 Со

Таблица среднеплавких металлов и сплавов (от 600С о до 1600С о )

Название элемента	Латинское обозначение	Температураы
Плавления	Кипения
Алюминий	Al	660 Со	2519 Со
Германий	Ge	937 Со	2830 Со
Магний	Mg	650 Со	1100 Со
Серебро	Ag	960 Со	2180 Со
Золото	Au	1063 Со	2660 Со
Медь	Cu	1083 Со	2580 Со
Железо	Fe	1539 Со	2900 Со
Кремний	Si	1415 Со	2350 Со
Никель	Ni	1455 Со	2913 Со
Барий	Ba	727 Со	1897 Со
Бериллий	Be	1287 Со	2471 Со
Нептуний	Np	644 Со	3901,85 Со
Протактиний	Pa	1572 Со	4027 Со
Плутоний	Pu	640 Со	3228 Со
Актиний	Ac	1051 Со	3198 Со
Кальций	Ca	842 Со	1484 Со
Радий	Ra	700 Со	1736,85 Со
Кобальт	Co	1495 Со	2927 Со
Сурьма	Sb	630,63 Со	1587 Со
Стронций	Sr	777 Со	1382 Со
Уран	U	1135 Со	4131 Со
Марганец	Mn	1246 Со	2061 Со
Константин		1260 Со
Дуралюмин	Сплав алюминия, магния, меди и марганца	650 Со
Инвар	Сплав никеля и железа	1425 Со
Латунь	Сплав меди и цинка	1000 Со
Нейзильбер	Сплав меди, цинка и никеля	1100 Со
Нихром	Сплав никеля, хрома, кремния, железа, марганца и алюминия	1400 Со
Сталь	Сплав железа и углерода	1300 Со — 1500 Со
Фехраль	Сплав хрома, железа, алюминия, марганца и кремния	1460 Со
Чугун	Сплав железа и углерода	1100 Со — 1300 Со

Таблица тугоплавких металлов и сплавов (свыше 1600С о )

Название элемента	Латинское обозначение	Температуры
Плавления	Кипения
Вольфрам	W	3420 Со	5555 Со
Титан	Ti	1680 Со	3300 Со
Иридий	Ir	2447 Со	4428 Со
Осмий	Os	3054 Со	5012 Со
Платина	Pt	1769,3 Со	3825 Со
Рений	Re	3186 Со	5596 Со
Хром	Cr	1907 Со	2671 Со
Родий	Rh	1964 Со	3695 Со
Рутений	Ru	2334 Со	4150 Со
Гафний	Hf	2233 Со	4603 Со
Тантал	Ta	3017 Со	5458 Со
Технеций	Tc	2157 Со	4265 Со
Торий	Th	1750 Со	4788 Со
Ванадий	V	1910 Со	3407 Со
Цирконий	Zr	1855 Со	4409 Со
Ниобий	Nb	2477 Со	4744 Со
Молибден	Mo	2623 Со	4639 Со
Карбиды гафния		3890 Со
Карбиды ниобия		3760 Со
Карбиды титана		3150 Со
Карбиды циркония		3530 Со

На новый год часы со светодиодной индикацией

График изменения агрегатного состояния вещества

Процессы плавления и кристаллизации хорошо видны на графике, показывающем, как меняется агрегатное состояние вещества в зависимости от температуры.

Измерим температуру куска льда. Термометр показывает -20оС. Положим лёд в ведро и занесём в помещение. Постепенно он начнёт таять, а его температура — повышаться. Когда на термометре будет 0оС, дальнейшего повышения температуры не произойдёт, пока не растает весь лёд. Когда же он весь превратится в воду, вода в ведре начнёт нагреваться, пока не достигнет комнатной температуры.

Вынесем ведро с водой на мороз. Вода продолжит остывать. Когда её температура опустится до 0оС, она начнёт превращаться в лёд. А температура не будет изменяться, пока не затвердеет вся вода. И только после этого она снова начнёт постепенно понижаться до значения, равного температуре воздуха.

С помощью подобного графика можно отобразить изменения агрегатного состояния любого вещества.

• < Назад
• Вперёд >