Плавление и парообразование

Теория

Плавление и парообразование

Вещество умеет менять агрегатное состояние: лёд превращается в воду, вода — в пар. В этих переходах есть два «секрета», которые обожает ОГЭ: во время плавления температура не растёт, хотя тепло подводится, а испарение идёт при любой температуре и охлаждает жидкость. Разберёмся, почему так.

Главное

• Плавление — переход вещества из твёрдого состояния в жидкое. Обратный процесс — кристаллизация (отвердевание).
• Кристаллическое вещество плавится при определённой температуре плавления (лёд — при 0 °С). Пока идёт плавление, температура не изменяется: вся подводимая теплота уходит на разрушение кристаллической решётки. При этом внутренняя энергия вещества увеличивается — энергия не исчезает, она «запасается» в жидкости.
• Количество теплоты для плавления: Q = λ·m, где λ — удельная теплота плавления (Дж/кг), m — масса (кг). Для льда λ = 330 000 Дж/кг.
• Парообразование — переход жидкости в пар. Оно бывает двух видов:
• испарение — идёт только со свободной поверхности жидкости и при любой температуре (поэтому лужи высыхают даже в прохладную пасмурную погоду);
• кипение — парообразование по всему объёму, но только при температуре кипения (у воды — 100 °С при нормальном давлении).
• Почему испарение охлаждает жидкость: её покидают самые быстрые молекулы. Средняя энергия оставшихся молекул падает, значит, температура жидкости понижается.
• Испарение идёт быстрее, если: температура выше, площадь поверхности больше, есть ветер (он уносит пар, и молекулы реже возвращаются обратно в жидкость).
• Конденсация — обратный переход: пар превращается в жидкость (роса, запотевшее стекло).

Как решать

Возьмём задачу: лёд при 0 °С нагревают, он тает. Как изменятся температура льда и внутренняя энергия содержимого?

1. Определи, какой процесс идёт: твёрдое → жидкое, значит, это плавление.
2. Вспомни правило плавления: пока не растаял весь лёд, температура смеси «лёд + вода» держится на 0 °С. Температура — не изменится (цифра 3).
3. Тепло-то подводится! Куда оно девается? На разрушение решётки, то есть внутренняя энергия — увеличится (цифра 1).
4. Ответ: 31.

В заданиях «какое явление наблюдается?» действуй по признакам: изменилось состояние твёрдое → жидкое — плавление; жидкость исчезает с поверхности без нагрева до кипения — испарение; пар стал каплями — конденсация.

Ловушки ОГЭ

• «Лужи высыхают — значит, кипение или диффузия». Нет! Высыхание при обычной температуре — всегда испарение: оно не требует нагрева до 100 °С.
• «При плавлении температура растёт, ведь мы греем». Не растёт! Температура постоянна, растёт внутренняя энергия. Не путай эти две величины.
• «Ветер нагревает бельё, и вода закипает». Ветер ничего не нагревает — он уносит пар над тканью, молекулы воды реже возвращаются в жидкость, поэтому сохнет быстрее.
• «Испарение не меняет температуру жидкости». Меняет: уходят быстрые молекулы, оставшаяся жидкость охлаждается.

Где пригодится

• Задание 3 — узнать явление по описанию (тает лёд → плавление; сохнут лужи → испарение).
• Задание 4 — текст с пропусками про плавление или испарение: подставляй слова строго по правилам выше.
• Задание 5 — выбрать верное объяснение (почему бельё на ветру сохнет быстрее).
• Задание 12 — как изменятся температура и внутренняя энергия при плавлении.

Термины темы

Понятия из теории выше — нажми, чтобы разобрать определение, признаки и пример:

• Плавление — переход вещества из твёрдого состояния в жидкое при постоянной температуре плавления.
• Температура — величина, показывающая, насколько нагрето тело: чем она выше, тем быстрее движутся молекулы.
• Испарение — переход жидкости в пар с её свободной поверхности при любой температуре.
• Внутренняя энергия — энергия движения и взаимодействия всех частиц тела; растёт при нагревании и плавлении.
• Количество теплоты — энергия, которую тело получает или отдаёт при теплопередаче; измеряется в джоулях.
• Удельная теплота плавления — величина λ: теплота на плавление 1 кг вещества при температуре плавления, Дж/кг.
• Масса — мера инертности тела; измеряется в килограммах, одинакова на Земле, на Луне и в космосе.
• Кипение — парообразование по всему объёму жидкости с пузырьками пара при температуре кипения.
• Давление — отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к её площади; p = F / S, в паскалях.
• Конденсация — переход пара в жидкость, обратный испарению; при нём выделяется энергия.

Попробуй решить

Реши задачу этого типа прямо здесь — проверю сразу и покажу разбор: