Плавлення та кристалізація твердих тіл. Питома теплота плавлення

___________

План-конспект

уроку фізики  у 8 класі

Тема уроку:  Плавлення та кристалізація твердих тіл. Питома теплота плавлення

Мета уроку: навчальна – навчити учнів розуміти суть теплових процесів — плавлення й  кристалізації, переконати їх у сталості температури при плавленні й кристалізації речовини.

  розвивальна – формувати в учнів вміння користуватися науково-популярною літературою               та виявлення творчих здібностей при розв’язуванні вправ;

 виховна – виховати трудолюбивість, точність і чіткість при відповідях  і розв’язуванні  завдань та навчити дітей  «бачити» фізику навколо себе.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу

Демонстрації:

1. Моделі кристалічних решіток.

2. Набір кристалічних й аморфних тіл.

3. Спостереження за процесами плавлення й кристалізації твердих тіл

План уроку

 1. Агрегатні стани речовини.

 2. Процес плавлення й кристалізації твердих тіл.

 3. Питома теплота плавлення

 4. Контрольні питання.

 5. Навчаємося розв’язувати задачі.

 6. Поміркуй і відповідай

І. Організаційна частина (привітання, перевірка д/з)

ІІ. Мотивація пізнавальної діяльності учнів

Оголошення теми і мети уроку

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Агрегатні стани речовини

Залежно від умов одна й та сама речовина може перебувати в різних станах, наприклад у твердому, рідкому або газоподібному.

Наочним прикладом цього служить лід, вода й водяна пара. Ці стани називають агрегатними станами.

Ми уже знаємо, що молекули однієї й тієї самої речовини у твердому, рідкому й газоподібному стані нічим не відрізняються одна від одної. Той або інший агрегатний стан речовини визначається розташуванням, характером руху й взаємодії молекул.

Тепловий рух молекул характеризується їх середньою кінетичною енергією. Вона, як відомо, визначає температуру тіл.

Взаємодія молекул характеризується потенціальною енергією. Вона залежить від відстані між молекулами.

У твердих кристалічних тілах молекули розташовані в певному порядку й можуть лише здійснювати коливальний рух біля положення рівноваги.

У рідинах молекули розташовані безладно, хоча й близько одна від одної. Рух молекул у рідині — коливально-поступальний.

Молекули рухаються й взаємодіють одночасно, отже, вони володіють і кінетичною й потенціальною енергією. Відтак, те, чи бути тілу твердим, рідким або газоподібним, залежить від співвідношення обох видів енергії. А зміна цього співвідношення й призводить до переходу речовини з одного стану в інший.

2. Процес плавлення й кристалізації твердих тіл

Передаючи тілу енергію, можна перевести його із твердого стану в рідкий (наприклад, розплавити лід).

• Перехід речовини із кристалічного стану в рідкий називають плавленням.

Щоб розплавити тіло, потрібно спочатку нагріти його до певної температури.

• Температуру, за якої речовина плавиться, називають температурою плавлення.

Після демонстрації дослідів з плавлення й тверднення кристалічних тіл учні повинні твердо засвоїти три такі положення:

• існує температура, вище від якої речовина у твердому стані

не може перебувати;

• температура під час плавлення залишається постійною;
• процес плавлення вимагає припливу енергії до речовини, що плавиться.

Погляньте на рисунок: температура й снігу, і підталої води залишається 0 °С. Так буде доти, поки не залишиться останній кристалик льоду, навіть якщо температура повітря стане +10°С.

Далі необхідно проаналізувати таблицю температур плавлення. З таблиці видно, у яких межах лежать температури плавлення різних речовин. Наприклад, тугоплавкі метали (вольфрам, титан) можуть застосовуватися для створення космічних кораблів, для виготовлення спіралей теплових електричних приладів, а цезій і натрій можна розплавити в гарячій воді.

Досліди показують, що речовини тверднуть за тієї ж температурі, за якої плавляться. Процес кристалізації супроводжується виділенням такої ж кількості теплоти, що поглинається при плавленні.

• Перехід речовини з рідкого стану в кристалічний називають кристалізацією, або твердненням.
• Кристалізація відбувається за тієї ж температури, що й плавлення.

3. Питома теплота плавлення

Вся енергія, яку одержує кристалічне тіло після того, як воно вже нагріте до температури плавлення, витрачається на руйнування кристалічних решіток. У зв’язку із цим температура тіла перестає підвищуватися. Досліди показують, що для перетворення різних кристалічних речовин однієї й тієї ж маси в рідину при температурі плавлення потрібна різна кількість теплоти.

• Питома теплота плавлення дорівнює кількості теплоти, яка необхідна для перетворення 1 кг речовини із твердого в рідкий стан при температурі плавлення.

Питому теплоту плавлення позначають λ і вимірюють у джоулях на кілограм (Дж/кг).

Необхідно ознайомити учнів з таблицею питомої теплоти плавлення деяких речовин.

Наприклад, питома теплота плавлення міді дорівнює 210 кДж/кг. Це означає, що для того щоб розплавити 1 кг міді, узятої при температурі плавлення (1085 °С), необхідно затратити 210 кДж теплоти.

Щоб визначити кількість теплоти, необхідну для плавлення твердого тіла, треба питому теплоту плавлення λ помножити на масу тіла:

.

Кількість теплоти, що виділяється при кристалізації тіла, визначається за тією ж формулою:

.

В аморфних тіл, на відміну від кристалічних, немає певної температури плавлення: при нагріванні такі тіла розм’якшуються поступово.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

1. У яких агрегатних станах може перебувати та сама речовина?
2. Які особливості молекулярної будови газів, рідин і твердих тіл?
3. Який з металів, наведених у таблиці, найбільш легкоплавкий? найменш тугоплавкий?
4. Які умови плавлення твердих тіл? Назвіть всі теплові процеси, які відбуваються при плавленні металу в плавильній печі.
5. Який фізичний зміст питомої теплоти плавлення?
6. Скільки енергії потрібно затратити, щоб розплавити лід масою 2 кг при температурі 0°C?

ІV. Закріплення вивченого матеріалу

1. Навчаємося розв’язувати задачі

1. Яку енергію необхідно затратити, щоб розплавити шматок свинцю масою m = 2кг, взятий при температурі t₁ =27 °C?

Розв’язок. Процес складається із двох етапів: на першому етапі свинець нагрівається до температури плавлення, на другому етапі плавиться.

;

або інакше:

, .

Звідси остаточно одержуємо:

.

Перевіряємо одиниці величин:

.

Обчислюємо необхідну для плавлення енергію:

.

Відповідь: 126 кДж.

2. Скільки міді, що має температуру 85 °C, можна розплавити, передавши їй кількість теплоти 295 кДж?

3. У калориметрі знаходиться вода масою 2 кг, температура якої 30 °C. У калориметр поміщають лід при температурі 0 °C. Якою могла бути маса льоду, якщо він весь розтанув?

Відповідь: m ≤ 0,76 кг.

2. Поміркуй і відповідай

1. Чи буде плавитися чавунна деталь, кинута в розплавлену мідь?

2. Чи можна в алюмінієвій посудині розплавити цинк? Відповідь обґрунтуйте.

3. Чи може внутрішня енергія тіла змінитися без зміни температури? Наведіть приклади, що підтверджують вашу відповідь.

4. Яке тіло має більшу внутрішню енергію: шматок льоду при температурі 0 °C або вода, яку отримали із цього шматка, що має температуру 0 °C?

5. Узимку на балконі лежить мідна пластинка й крижинка такої ж маси. Питома теплота плавлення в міді значно менше, ніж у льоду. Чи означає це, що для плавлення мідної пластинки в цьому випадку буде потрібно менше енергії, ніж для плавлення крижинки?

V. Домашнє завдання:

Опрацювати теоретичний матеріал за підручником та виконати вправи після параграфа § 44 ст.218-224, вик впр.№44.2-3