Влажность воздуха. Характеристика жидкого состояния вещества. Характеристика твердого состояния вещества. Плавление и кристаллизация, страница 24

Расширение тел при нагревании и сжатии при охлаждении в природе играют огромную роль. Неравномерный прогрев воздуха   у поверхности Земли создает конвекционные потоки (ветер), обуславливающее изменение погоды, неравномерный прогрев воды в морях и океанах создает течение, оказывающее влияние на климат прибрежных стран, особенно резкие колебания температуры, происходят в горных местностях. Это приводит к поочередному расширению и сжатию горных пород. Так как такие изменения объема зависят от рода вещества, то в горных породах, имеющих сложный состав, возникают трещины, которые постепенно увеличиваются, т.е. происходит разрушение этих пород. В быту и технике зависимости плотности вещества, длины и объема тел от температуры тоже имеет очень большое значение. Зависимость плотности воздуха от температуры используется в квартирах для равномерного распределения тепла, выделяемого печами и радиаторами, в печах - для создания тяги, в холодильниках- для равномерного «охлаждения» камеры и т.д.

В различного рода автоматических устройствах используются биметаллические пластинки. Такая пластинка состоит из двух разнородных металлических полос, склепанных друг с другом. При нагревании биметаллической пластинки одна полоса удлиняется больше другой, и вся пластина изгибается (рисунок 34 а); контакт на биметаллических пластинках (рисунок 34 б) при нагревании размыкается. Такие пластинки используются для автоматического замыкания и размыкания электрических цепей в термостатах, в холодильниках, в противопожарных устройствах и т.п.

Зависимость   длины   от   температуры   приходится   учитывать  при  натягивании  проводов  на линиях  электропередач,  устройстве  паровозов,  сооружении  мостов,  прокладке  рельсов  и т. д.

Для  получения  спаев  металла  со  стеклом,  например  при  изготовлении  электрических  ламп  и  радиоламп,  используются  металлы  и  стекла  с  близкими  коэффициентами расширения.

ЧО₄ Плавление и кристаллизация

Сублимация. Диаграмма состояний вещества

Плавление и кристаллизация. Температура плавления.

Переход вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением, а переход из жидкого состояния в твердое - отвердеванием или кристаллизацией.

При плавлении твердого вещества увеличиваются расстояния между частицами, образующими кристаллическую решетку, и происходит разрушение самой решетки. Это означает, что в процессе плавления увеличивается молекулярно-потенциальная энергия вещества. Таким образом, плавление вещества самопроизвольно происходить не может, так как на этот процесс необходимо затрачивать энергию.       

 При кристаллизации происходит сближение частиц, которые образуют решетку, а их потенциальная энергия уменьшается. Следовательно, кристаллизация может происходить только тогда, когда жидкость отдает свою энергию каким-либо внешним телам.

Итак, единица массы жидкого вещества обладает большей внутренней энергией, чем единица массы того же вещества в твердом состоянии, даже если их температура одинакова.

Область, в которой вещество однородно по всем физическим и химическим свойствам, называется фазой состояния этого вещества. Отметим, что твердая и жидкая фазы вещества при одинаковой температуре могут оставаться в равновесии сколь угодно долго, если твердая фаза не сможет получить энергию, а жидкая - ее отдать. Например, лед может долго плавать в воде, если температура всех окружающих тел будет одинакова и равна 0°С.

Пусть имеется только твердая фаза вещества, которая получает энергию от других тел. Тогда сначала будет возрастать и молекулярно-потенциальная, и молекулярно -кинетическая энергия этого вещества, так как и расстояния между частицами в кристаллической решетке, и скорости их движения будут увеличиваться. Затем, при определенной температуре, начнется разрушение кристаллической решетки. Пока все вещество не расплавится, его температура остается неизменной, а вся получаемая веществом энергия идет только на работу по преодолению сил молекулярного сцепления. Когда останется только жидкая фаза, то, продолжая получать энергию, она будет уже нагреваться, т. е. начнет возрастать ее молекулярно-кинетическая энергия.