Что такое удельная теплота плавления?

Что такое удельная теплота плавления

• Удельная теплота плавления (обозначается L_f или ΔH_fus) — это количество тепла, которое нужно впустить одному килограмму вещества, чтобы перевести его из твёрдого состояния в жидкое при температуре плавления (обычно при нормальном давлении для чистого вещества). Единица: джоуль на килограмм (Дж/кг) или кило-джоуль на килограмм (кДж/кг).

• Главная идея: при плавлении температура вещества не меняется (для чистого кристаллического образца при фиксированном давлении). Это и есть «латентное» тепло: энергия идёт на разрушение кристаллической решётки и образование жидкой фазы, а не на нагрев.

• Как связаны параметры:

  • Q — тепло, которое нужно получить/потратить.
  • m — масса вещества.
  • L_f — удельная теплота плавления.
  • Формула: Q = m × L_f (для плавления при температуре плавления).

• Сравнение с той же идеей без плавления: удельная теплоёмкость (c) отвечает за нагревание вещества внутри одной фазы (твердой или жидкой) при изменении температуры. А для плавления температура не меняется, поэтому применяется L_f.

• Важные нюансы:

  • L_f обозначает тепло при плавлении при фиксированном давлении (обычно 1 атм).
  • Для смеси или вещества с примесями плавление может происходить в диапазоне температур (плавление на участке растворения или расплавления).
  • Значения L_f различаются у разных веществ и часто приводятся в таблицах (для льда L_f ≈ 333 кДж/кг при 0°C и 1 атм).

Примеры

1. Простой пример: расплавление 0,200 кг льда при 0°C

• L_f льда ≈ 333 кДж/кг.
• Q = m × L_f = 0,200 кг × 333 кДж/кг ≈ 66,6 кДж. Итак, требуется примерно 66,6 кДж тепла, чтобы расплавить 200 г льда при 0°C.

2. Пример с учётом нагревания до плавления и последующего нагревания расплавленной воды

• Пусть 1 кг льда температурой -10°C нужно расплавить и нагреть получившуюся воду до 20°C.
• Сначала нагреваем лёд от -10°C до 0°C: Q1 = m × c_ice × ΔT = 1 кг × 2,09 кДж/(кг·K) × 10 K ≈ 20,9 кДж.
• Затем плавим лёд: Q2 = m × L_f ≈ 1 кг × 333 кДж/кг ≈ 333 кДж.
• Затем нагреваем полученную воду от 0°C до 20°C: Q3 = m × c_water × ΔT = 1 кг × 4,18 кДж/(кг·K) × 20 K ≈ 83,6 кДж.
• Итого: Q_total ≈ 20,9 + 333 + 83,6 ≈ 437,5 кДж.

Коротко запомнить

• Удельная теплоёмкость отвечает за изменение температуры внутри фазы.
• Удельная теплота плавления отвечает за переход из твёрдого состояния в жидкое без изменения температуры.
• Формула для плавления: Q = m × L_f.
• Для полного процесса иногда считают сумму фазовых участков: нагрев твёрдого до плавления, сам процесс плавления (Q = mL_f), и нагрев получившейся жидкости.