Выделение энергии при отвердевании вещества

Вернемся к графику плавления и кристаллизации нафталина (рис. 198) и рассмотрим ту его часть, которая относится к охлаждению нафталина.

При охлаждении расплавленного нафталина температура его понижается. Но как только нафталин начинает отвердевать, понижение температуры прекращается, хотя нафталин продолжает отдавать свою внутреннюю энергию окружающим его телам. Ведь его температура выше температуры этих тел. И пока весь нафталин не отвердеет, температура его не меняется. Но как только он весь затвердеет, температура снова начнет понижаться.

Такое явление наблюдается у всякого кристаллического тела. Почему же не понижается температура кристаллического тела во время его отвердевания?

Мы уже знаем, Что при температуре отвердевания внутренняя энергия тела в жидком состоянии больше его внутренней энергии в твердом состоянии. Во все время процесса отвердевания избыточная внутренняя энергия выделяется и восполняет потерю энергии вследствие охлаждения. Поэтому средняя энергия молекул, а, следовательно, и температура тела остаются неизменными до тех пор, пока не закончится процесс отвердевания. С этого момента начнется понижение температуры твердого тела, так как убыль внутренней энергии у него уже не будет восполняться.

Тщательно проведенные опыты показывают, что при отвердевании кристаллического вещества выделяется точно такое же количество теплоты, которое поглощается при его расплавлении. Так, при отвердевании воды массой 1 кг при температуре 0°С выделяется 3,4 • 10⁶ Дж. Но точно такое же количество теплоты требуется и для плавления льда массой 1 кг при температуре 0 °С.

Вопросы.

1. Как объяснить, что в процессе отвердевания вещества температура 0 его остается постоянной?
2. Какое количество энергии выделяется при отвердевании 1 кг воды?

Упражнения.

1. Тающий лед принесли в помещение, температура в котором 0°С. Будет ли лед в этом помещении продолжать таять?
2. В ведре с водой плавают куски льда. Общая температура воды и льда 0°С. Будет ли лед таять или вода замерзать? От чего это зависит?
3. Сколько энергии нужно затратить, чтобы расплавить 4 кг льда при 0°С?
4. Сколько энергии требуется затратить, чтобы расплавить 20 кг свинца при температуре плавления? Сколько энергия понадобится для этого, если начальная температура свинца 27°С?

Задания.

1. Поставьте на плиту две одинаковые жестяные банки. В одну налейте 0,5 кг воды, в другую положите 0,5 кг снега. Заметьте, сколько времени потребуется, чтобы вода в обеих банках закипела. Напишите краткий отчет о вашем опыте и объясните его результаты.
2. Подготовьте доклад на тему «Литье металлов», прочитав такой параграф в конце учебника.