Krzywe ogrzewania i chłodzenia

Ogrzewanie lub chłodzenie substancji prowadzi do zmian temperatury, a następnie zmian fazowych.

Ogrzewanie substancji zwiększa energię cieplną jej cząsteczek, co jest odzwierciedlane jako wzrost temperatury, aż osiągnie punkt przejścia.

Gdy substancja pochłonie wystarczającą ilość ciepła, siły przyciągania między jej cząsteczkami zostają pokonane, co prowadzi do przemiany fazowej w stałej temperaturze.

Po zakończeniu przejścia ogrzewanie powoduje ponowny wzrost temperatury.

Kiedy ciepło jest usuwane z substancji, spadek energii cieplnej jej cząsteczek odpowiada spadkowi temperatury, aż osiągnie ona punkt przejścia.

Następnie temperatura pozostaje stała, ponieważ silniejsze siły międzycząsteczkowe są ponownie ustanawiane podczas przemiany fazowej.

Zachowanie substancji w odpowiedzi na zmiany temperatury można modelować za pomocą krzywych grzewczych lub krzywych chłodzenia, gdzie zmiana temperatury jest wykreślana jako funkcja ciepła dodanego lub ciepła usuniętego.

Weźmy pod uwagę zlewkę wypełnioną kostkami lodu, początkowo w temperaturze -20 °C. W miarę napływu ciepła temperatura lodu stale rośnie. Ilość ciepła pochłoniętego podczas ogrzewania lodu zależy od właściwej pojemności cieplnej lodu.

Po osiągnięciu temperatury topnienia lodu temperatura przestaje rosnąć pomimo stale płynącego ciepła. Efekty pochłoniętego ciepła osłabiają siły międzycząsteczkowe, aż do momentu, gdy lód całkowicie stopi się w ciekłą wodę.

Plateau równowagi ciało stałe-ciecz jest charakterystyczne dla przemiany fazowej w stałej temperaturze. Zmiana entalpii między początkiem a końcem plateau wskazuje ilość ciepła potrzebną do procesu topnienia lub innymi słowy, entalpię topnienia wody.

Po zakończeniu procesu topnienia pochłonięte ciepło powoduje odpowiedni liniowy wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa wody decyduje o ilości pochłoniętego ciepła.

W temperaturze wrzenia temperatura przestaje rosnąć. Zamiast tego pochłonięte ciepło przyczynia się do pokonania sił przyciągania między cząsteczkami wody, aż do całkowitego odparowania wody.

Plateau równowagi ciecz-gaz reprezentuje przemianę fazową w stałej temperaturze. Zmiana entalpii między początkiem a końcem płaskowyżu to entalpia parowania wody.

Po tym, jak cała ciecz zamieni się w parę, dodatkowe ciepło prowadzi do ponownego wzrostu temperatury.