Плавление тел. Удельная теплота плавления. Кристаллизация тел. Уравнение теплового баланса.

Переход вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением, наоборот – кристаллизацией.

При плавлении происходит увеличение расстояния между молекулами и происходит разрушение кристаллической решетки, увеличивается молекулярно-кинетическая энергия. При кристаллизации всё происходит наоборот.

Область, в которой вещество однородно по всем физическим и химическим свойствам, называется фазой состояния этого вещества.

Удельная теплота плавления. Плавление и кристаллизация определённого вещества происходит при одинаковой температуре, не изменяющейся, пока совместно существуют твердая и жидкая фазы вещества.

,

где Q – теплота плавления;

 – удельная теплота плавления;

m – масса вещества.

Q зависит от рода вещества и внешних условий.

 характеризует зависимость изменения внутренней энергии вещества в процессе его плавления или кристаллизации от рода вещества и внешних условий.

[Дж/кг].

Теплоту Q_ж, нужную для нагревания жидкости до точки кипения, находят по формуле:

где m – масса жидкости, с_ж – её удельная теплоемкость.

Теплоту Q_п, необходимую для превращения жидкости в пар без изменения температуры рассчитывают по формуле: Q_п=rm.

Следовательно, общее количество теплоты при парообразовании:

Q_пар=Q_ж+Q_п=c_жm(T_к-T₁)+rm

Количество теплоты при кристаллизации:

Q_кр=λm+cm(T-T_пл)

Кристаллические и аморфные тела. Свойства твердых тел.

Твердыми телами являются тела, сохраняющие свой объём и форму (твердые тела находятся преимущественно в кристаллическом состоянии).

Кристаллы – это твердые тела, атомы, молекулы, ионы которых занимают определённые, упорядоченные положения в пространстве, называемые кристаллическими решетками. К кристаллическим телам относится поваренная соль, сахар, алмаз и др.

Одиночный кристалл называется монокристаллом. Твердые тела, состоящие из множества кристаллов, называются поликристаллами.

Свойства кристаллических тел:

• правильная геометрическая форма и объем;

• определённая температура плавления;

• анизотропия – неодинаковость физических свойств (механических, тепловых, световых, электрических) в различных направлениях кристалла.

Аморфные тела – это тела, которые не имеют строгой повторяемости во всех направлениях основных структурных ячеек кристаллической решетки. К аморфным телам относятся стекло, пластмассы, слюда и др.

Свойства аморфных тел:

• аморфные тела изотропные – физические свойства по всем направлениям одинаковы;

• при низких температурах имеют свойства твердых тел, а по мере повышения температуры, свойства жидкостей;

• аморфные тела не имеют определенной температуры плавления.

Упругие деформации. Закон гука для растяжения.

Деформация называется упругой, если после прекращения действия внешних сил тело принимает первоначальные размеры и форму. Деформации, которые сохраняются в теле после прекращения действия внешних сил, называется пластическими (или остаточными). Все виды деформации (растяжение или сжатие, сдвиг, изгиб, кручение) могут быть сведены к одновременно происходящим деформациям растяжения или сжатия и сдвига.

Сила F, действующая на единицу площади поперечного сечения S, называется напряжением:

Она характеризует действие внутренних сил в деформированном твердом теле. Если сила F направлена по нормали к поверхности, напряжение называется нормальным, если же по касательной к поверхности – тангенциальным.

Абсолютной деформацией называется числовое изменение какого-либо размера (например, длины) тела под действием сил.

Относительная деформация называется число, показывающее, какую часть от первоначального размера тела а составляет абсолютная деформация а:

Английский физик Р. Гук (1635-1703) экспериментально установил, что для малых деформаций относительное удлинение ε и напряжение σ прямо пропорциональны друг другу:

, - закон Гука

где коэффициент пропорциональности Е называется модулем Юнга.

,

где k – коэффициент упругости.

Д еформации твердых тел подчиняются закону Гука до определенного предела (рис. 2) – ОА – предел пропорциональности.АВ – предел упругости, при котором остаточная деформация на возникает, но зависимость уже не линейна. В области CD деформация возрастает без увеличения напряжения, т. е. тело как бы “течет” - область текучести (или пластической деформации). Материалы у которых область текучести значительна, называются вязкими, а для которых практически отсутствует – хрупкими. При дальнейшем растяжении (за точку D) происходит разрушение тела. Максимальное напряжение, возникающее в теле до разрушения, называется пределом прочности.

Вычислим потенциальную энергию упругорастянутого (сжатого) стержня, которая равна работе, совершаемыми внешними силами при деформации:

т. е. потенциальная энергия упругорастянутого стержня пропорциональна квадрату деформации .

Относительная деформация сдвига определяется по формуле:

где - абсолютный сдвиг параллельных слоев тела относительно друг друга; h – расстояние между соями (для малых углов tgγ≈γ)