18.9
Фазовые переходы
Фазовые переходы играют важную теоретическую и практическую роль в изучении теплового потока. При плавлении или слиянии, твёрдое вещество превращается…
Прежде всего, существуют три различные фазы вещества: твердое, жидкое и газообразное.
При изменении температуры одно состояние переходит в другое. Это явление называется фазовым переходом, который является обратимым по своей природе.
При нагревании твердое вещество переходит в жидкость, этот процесс называется плавлением, в то время как наоборот называется замораживанием.
Тепло, поглощенное или высвобожденное при этом переходе для материала с массой 'm', может быть оценено с помощью теплоты плавления, которая представляет собой энергию на единицу массы, требуемую или высвобождаемую при фазовом переходе.
Точно так же, если жидкость нагревается, она превращается в газ, и этот процесс называется испарением или кипячением. При охлаждении превращение газа в жидкость называется конденсацией.
Энергия на единицу массы, необходимая или высвобождаемая при фазовом переходе между жидкостью и газом, называется теплотой испарения, где Q — это тепло, поглощенное или высвобожденное.
Некоторые материалы, такие как сухой лед, могут напрямую переходить из твердого состояния в газообразное, что называется сублимацией.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What are the three main phases of matter?
The three main phases of matter are solid, liquid, and gas. These states differ in how their molecules are arranged and move. Temperature changes cause matter to transition between these phases, a reversible process called phase change that is fundamental to understanding heat flow and specific heat.
Q2: What is the difference between melting and vaporization?
Melting is the process where a solid converts to a liquid when heated, while vaporization (or boiling) occurs when a liquid converts to a gas. Both are phase transitions driven by temperature increase. The reverse processes are freezing and condensation, respectively.
Q3: How does pressure affect melting and boiling points?
High pressure typically raises both melting and boiling points because it favors denser substance forms. Low pressure lowers these temperatures. For example, water boils at 100°C at 1.00 atm, but at higher pressures the boiling point increases. Water's melting point is an exception to this rule.
Q4: What is heat of fusion and how is it calculated?
Heat of fusion is the energy per unit mass required to change a substance from solid to liquid, or released when changing from liquid to solid. This material constant depends on the number and strength of molecular bonds. It is determined experimentally and varies for different substances.
Q5: What is latent heat and why is it called hidden?
Latent heat is the energy absorbed or released during phase changes without causing temperature change in the system. It is called hidden because the energy enters or leaves without altering the substance's temperature, making it invisible to simple temperature measurements. Both heat of fusion and heat of vaporization are forms of latent heat.
Q6: What is sublimation and which materials undergo this process?
Sublimation is a phase transition where a solid directly converts to a gas without passing through the liquid phase. Dry ice is a common example of a material that undergoes sublimation. This process is reversible and occurs when certain substances are heated or when pressure conditions favor the gaseous state.
Q7: How does the mass of a sample affect the energy required for phase changes?
The energy required for phase changes is proportional to the sample's mass because it depends on the total number of molecular bonds. Larger masses contain more molecules, requiring more total energy for phase transitions. Heat of fusion and heat of vaporization are expressed per unit mass to account for this relationship.