Время отвердевания. Бетон — время схватывания и набора прочности

Много внимания было уделено взаимным превращениям жидкостей и газов. Теперь рассмотрим превращение твердых тел в жидкости и жидкостей в твердые тела.

Плавление кристаллических тел

Плавлением называется превращение вещества из твердого состояния в жидкое.

Между плавлением кристаллических и аморфных тел есть существенное различие. Чтобы кристаллическое тело начало плавиться, его необходимо нагреть до вполне определенной для каждого вещества температуры, называемой температурой плавления.

Например, при нормальном атмосферном давлении температура плавления льда равна О °С, нафталина - 80 °С, меди - 1083 °С, вольфрама - 3380 °С.

Чтобы тело расплавилось, недостаточно его нагреть до температуры плавления; необходимо продолжать подводить к нему теплоту, т. е. увеличивать его внутреннюю энергию. Во время плавления температура кристаллического тела не меняется.

Если тело продолжать нагревать и после того, как оно расплавилось, температура его расплава будет расти. Сказанное можно проиллюстрировать графиком зависимости температуры тела от времени его нагревания (рис. 8.27). Участок АВ соответствует нагреванию твердого тела, горизонтальный участок ВС - процессу плавления и участок CD - нагреванию расплава. Кривизна и наклон участков графика АВ и CD зависят от условий процесса (массы нагреваемого тела, мощности нагревателя и т. п.).

Переход кристаллического тела из твердого состояния в жидкое происходит резко, скачком - либо жидкость, либо твердое тело.

Плавление аморфных тел

Совсем не так ведут себя аморфные тела. При нагревании они постепенно, по мере повышения температуры, размягчаются и в конце концов становятся жидкими, оставаясь в течение всего времени нагревания однородными. Никакой определенной температуры перехода из твердого состояния в жидкое нет. На рисунке 8.28 изображен график зависимости температуры от времени при переходе аморфного тела из твердого состояния в жидкое.

Отвердевание кристаллических и аморфных тел

Переход вещества из жидкого состояния в твердое называется отвердеванием или кристаллизацией (для кристаллических тел).

Между отвердеванием кристаллических и аморфных тел тоже имеется существенное различие. При охлаждении расплавленного кристаллического тела (расплава) оно продолжает оставаться в жидком состоянии, пока температура его не снизится до определенного значения. При этой температуре, называемой температурой кристаллизации, тело начинает кристаллизоваться. Температура кристаллического тела во время отвердевания не изменяется. Многочисленные наблюдения показали, что кристаллические тела плавятся и отвердевают при одной и топ же определенной для каждого вещества температуре. При дальнейшем охлаждении тела, когда весь расплав отвердеет, температура тела снова будет уменьшаться. Сказанное иллюстрируется графиком зависимости температуры тела от времени его охлаждения (рис. 8.29). Участок А 1 В 1 соответствует охлаждению жидкости, горизонтальный участок В 1 С 1 - процессу кристаллизации и участок C 1 D 1 - охлаждению твердого тела, получившегося в результате кристаллизации.

Вещества из жидкого состояния в твердое при кристаллизации переходят тоже резко без промежуточных состояний.

Затвердевание аморфного тела, например смолы, происходит постепенно и одинаково во всех своих частях; смола при этом остается однородной, т. е. затвердевание аморфных тел - это только постепенное загустевание их. Определенной температуры отвердевания нет. На рисунке 8.30 изображен график зависимости температуры застывающей смолы от времени.

Таким образом, аморфные вещества не имеют определенной температуры, плавления и отвердевания.

Цели и задачи урока: совершенствование навыков умения графического решения задач, повторение основных физических понятий по данной теме; развитие устной и письменной речи, логического мышления; активизации познавательной деятельности через содержание и степень сложности задач; формирование интереса к теме.

План урока.

Ход урока

Необходимые оборудование и материалы: компьютер, проектор, экран, доска, программа Ms Power Point, у каждого ученика: термометр лабораторный, пробирка с парафином, пробиркодержатель, стакан с холодной и горячей водой, калориметр.

Управление:

Запуск презентации "клавиша F5", остановка - "клавиша Esc".

Смены всех слайдов организованы по щелчку левой кнопкой мыши (или по клавише "стрелка вправо").

Возврат к предыдущему слайду "стрелка влево".

I. Повторение изученного материала.

1. Какие агрегатные состояния вещества вы знаете? (Слайд 1)

2. Чем определяется то или иное агрегатное состояние вещества? (Слайд 2)

3. Приведите примеры нахождения вещества в различных агрегатных состояниях в природе. (Слайд 3)

4. Какое практическое значение имеют явления перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое? (Слайд 4)

5. Какой процесс соответствует переходу вещества из жидкого состояния в твёрдое? (Слайд 5)

6. Какой процесс соответствует переходу вещества из твердого состояния в жидкость? (Слайд 6)

7. Что такое сублимация? Приведите примеры. (Слайд 7)

8. Как изменяется скорость молекул вещества при переходе из жидкого состояния в твердое?

II. Изучение нового материала

На уроке мы изучим процесс плавления и кристаллизации кристаллического вещества - парафина, построим график данных процессов.

В ходе выполнения физического эксперимента выясним, как изменяется температура парафина при нагревании и охлаждении.

Выполнять эксперимент вы будете по описаниям к работе.

Перед выполнением работы напомню вам правила по технике безопасности:

При выполнении лабораторной работы будьте внимательны и осторожны.

Техника безопасности.

1. В калориметрах находится вода 60?С, будьте аккуратны.

2. При работе со стеклянными приборами соблюдайте осторожность.

3. Если случайно разбили прибор, то сообщите учителю, не убирайте осколки самостоятельно.

III. Фронтальный физический эксперимент.

На столах учащихся находятся листы с описанием работы (Приложение 2), по которым они выполняют эксперимент, строят график процесса и делают выводы. (Слайды 5).

IV. Закрепление изученного материала.

Подведение итогов фронтального эксперимента.

Выводы:

При нагревании парафина в твёрдом состоянии до температуры 50?С, температура увеличивается.

В процессе плавления температура остаётся постоянной.

Когда весь парафин расплавился, то при дальнейшем нагревании температура увеличивается.

При охлаждении жидкого парафина температура уменьшается.

В процессе кристаллизации температура остаётся постоянной.

Когда весь парафин отвердеет, при дальнейшем охлаждении температура уменьшается.

Структурная схема: "Плавление и отвердевание кристаллических тел"

(Слайд 12) Работа по схеме.

Явления

Научные факты

Гипотеза

Идеальный объект

Величины

Законы

Применение

При плавлении кристаллического тела температура не изменяется.

При отвердевании кристаллического тела температура не изменяется

При плавлении кристаллического тела кинетическая энергия атомов увеличивается, кристаллическая решётка разрушается.

При отвердевании кинетическая энергия уменьшается происходит построение кристаллической решётки.

Твёрдое тело - тело, атомы которого являются материальными точками, расположенные упорядоченно (кристаллическая решётка), взаимодействуют между собой силами взаимного притяжения и отталкивания.

Q- количество теплоты

Удельная теплота плавления

Q = m - поглощается

Q = m - выделяется

1. Для расчёта количества теплоты

2. Для применения в технике, металлургии.

3. тепловые процессы в природе (таяние ледников, замерзание рек зимой, и т. д.

4. Напишите свои примеры.

Температура, при которой происходит переход твердого вещества в жидкое состояние, называется температурой плавления.

Процесс кристаллизации будет идти также при постоянной температуре. Она называется температурой кристаллизации. При этом температура плавления равна температуре кристаллизации.

Таким образом, плавление и кристаллизация - два симметричных процесса. В первом случае вещество поглощает энергию извне, а во втором - отдает в окружающую среду.

Различные температуры плавления определяют области применения различных твердых тел в быту, технике. Из тугоплавких металлов изготавливают жаропрочные конструкции в самолетах и ракетах, атомных реакторах и электротехнике.

Закрепление знаний и подготовка к самостоятельной работе.

1. На рисунке изображен график нагревания и плавления кристаллического тела. (Слайд)

2. К каждой из ниже перечисленных ситуаций подберите график, который наиболее верно отражает происходящие с веществом процессы:

а) медь нагревают и плавят;

б) цинк нагревают до 400°С;

в) плавящийся стеарин нагревают до 100°С;

г) железо, взятое при 1539°С, нагревают до 1600°С;

д) олово нагревают от 100 до 232°С;

е) алюминий нагревают от 500 до 700°С.

Ответы: 1-б; 2-а; 3-в; 4-в; 5-б; 6-г;

На графике отражены наблюдения за изменением температуры двух

кристаллических веществ. Ответьте на вопросы:

а) В какие моменты времени началось наблюдение за каждым веществом? Сколько времени оно длилось?

б) Какое вещество начало плавиться раньше? Какое вещество расплавилось раньше?

в) Укажи температуру плавления каждого вещества. Назови вещества, графики нагревания, и плавления которых изображены.

4. Можно ли в алюминиевой ложке расплавить железо?

5.. Можно ли пользоваться ртутным термометром на полюсе холода, где была зафиксирована самая низкая температура - 88 градусов Цельсия?

6. Температура сгорания пороховых газов порядка 3500 градусов Цельсия. Почему ствол ружья не плавится при выстреле?

Ответы: Нельзя, так как температура плавления железа гораздо выше, чем температура плавления алюминия.

5.Нельзя, так как ртуть при такой температуре замерзнет, и термометр выйдет из строя.

6.Для нагревания и плавления вещества требуется время, и кратковременность сгорания пороха не позволяет стволу ружья нагреться до температуры плавления.

4. Самостоятельная работа. (Приложение 3).

Вариант 1

На рисунке 1,а изображен график нагревания и плавления кристаллического тела.

I. Какая температура тела была при первом наблюдении?

1. 300 °С; 2. 600 °С; 3. 100 °С; 4. 50 °С; 5. 550 °С.

II. Какой процесс на графике характеризует отрезок АБ?

III. Какой процесс на графике характеризует отрезок БВ?

1. Нагревание. 2. Охлаждение. 3. Плавление. 4. Отвердевание.

IV. При какой температуре начался процесс плавления?

1. 50 °С; 2. 100 °С; 3. 600 °С; 4. 1200 °С; 5. 1000 °С.

V. Какое время тело плавилось?

1. 8 мин; 2. 4 мин; 3. 12 мин; 4. 16 мин; 5. 7 мин.

VI. Изменялась ли температура тела во время плавления?

VII. Какой процесс на графике характеризует отрезок ВГ?

1. Нагревание. 2. Охлаждение. 3. Плавление. 4. Отвердевание.

VIII. Какую температуру имело тело в последнее наблюдение?

1. 50 °С; 2. 500 °С; 3. 550 °С; 4. 40 °С; 5. 1100 °С.

Вариант 2

На рисунке 101,6 изображен график охлаждения и отвердевания кристаллического тела.

I. Какую температуру имело тело при первом наблюдении?

1. 400 °С; 2. 110°С; 3. 100 °С; 4. 50 °С; 5. 440 °С.

II. Какой процесс на графике характеризует отрезок АБ?

1. Нагревание. 2. Охлаждение. 3. Плавление. 4. Отвердевание.

III. Какой процесс на графике характеризует отрезок БВ?

1. Нагревание. 2. Охлаждение. 3. Плавление. 4. Отвердевание.

IV. При какой температуре начался процесс отвердевания?

1. 80 °С; 2. 350 °С; 3. 320 °С; 4. 450 °С; 5. 1000 °С.

V. Какое время отвердевало тело?

1. 8 мин; 2. 4 мин; 3. 12 мин;-4. 16 мин; 5. 7 мин.

VI. Изменялась ли температура тела во время отвердевания?

1. Увеличивалась. 2. Уменьшалась. 3. Не изменялась.

VII. Какой процесс на графике характеризует отрезок ВГ?

1. Нагревание. 2. Охлаждение. 3. Плавление. 4. Отвердевание.

VIII. Какую температуру имело тело в момент последнего наблюдения?

1. 10 °С; 2. 500 °С; 3. 350 °С; 4. 40 °С; 5. 1100 °С.

Подведение итогов самостоятельной работы.

1 вариант

I-4, II-1, III-3, IV-5, V-2, VI-3,VII-1, VIII-5.

2 вариант

I-2, II-2, III-4, IV-1, V-2, VI-3,VII-2, VIII-4.

Дополнительный материал: Просмотр видеоролика: "плавление льда при t<0C?"

Сообщения учащихся о применении плавления и кристаллизации в промышленности.

Домашнее задание.

14 учебника; вопросы и задания к параграфу.

Задачи и упражнения.

Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1055-1057

Список литературы:

Пёрышкин А.В. Физика 8 класс. - М.: Дрофа.2009.
Кабардин О. Ф. Кабардина С. И. Орлов В. А. Задания для итогового контроля знаний учащихся по физике 7-11. - М.: Просвещение 1995.
Лукашик В. И. Иванова Е. В. Сборник задач по физике. 7-9. - М.: Просвещение 2005.
Буров В. А. Кабанов С. Ф. Свиридов В. И. Фронтальные экспериментальные задания по физике.
Постников А. В. Проверка знаний учащихся по физике 6-7. - М.: Просвещение 1986.
Кабардин О. Ф., Шефер Н. И. Определение температуры отвердевания и удельной теплоты кристаллизации парафина. Физика в школе №5 1993.
Видеокассета "Школьный физический эксперимент"
Картинки с сайтов.

Любой элемент может пребывать в нескольких разных состояниях при соблюдении некоторых внешних условий . Плавление и отвердевание кристаллических тел – основные изменения в структуре материалов. Хорошим примером является вода, которая может пребывать в жидком, газообразном и твердом состояниях. Эти разные формы называют агрегатными (от греч. «связываю») состояниями. Агрегатное состояние – это формы одного элемента, отличающиеся по характеру расположения частиц (атомов), которые не меняют своего строения.

Вконтакте

Как происходят изменения

Существует несколько процессов, характеризующие изменение форм разных веществ:

отвердевание;
кипение;
(из твердой формы сразу в газообразную);
испарение;
плавка;
конденсация;
десублимация (обратный переход из сублимации).

Каждое превращение характеризуется определенными условиями, которые должны быть соблюдены для удачного перехода.

Формулы

Какой процесс называют тепловым? Любой, при котором происходит смена агрегатных состояний материалов, поскольку в них большую роль играет температура. Любое тепловое изменение имеет ей обратное: из жидкого в твердое и наоборот, из твердого в пар и наоборот.

Важно! Почти все тепловые процессы обратимы.

Существуют формулы, по которым можно определить, какова будет удельная теплота, то есть тепло, требующееся для изменения 1 кг твердого вещества.

Например, формула отвердевания и плавки: Q=λm, где λ — это удельная теплота.

А вот формула для отображения процесса охлаждения и нагревания — Q=cmt, где с – удельная теплоемкость — объем тепла для нагревания 1 кг материала на один градус, m -это масса, а t – разница температур.

Формула для конденсации и парообразования: Q=Lm, где удельная теплота -L, а m – масса.

Описание процессов

Плавлением называют один из способов деформации структуры, перевода из твёрдого состояния в жидкое . Протекает практически одинаково во всех случаях, но двумя разными способами:

элемент нагревают внешне;
нагрев происходит изнутри.

Эти два способа отличаются инструментами: в первом случае вещества нагревают в специальной печи, а во втором – пропускают ток сквозь предмет или индукционно нагревают его, помещая в электромагнитное поле с высокими частотами.

Важно ! Разрушение кристаллической структуры материала и возникновение изменений в ней приводит к жидкому состоянию элемента.

С помощью разных инструментов можно добиться одного и того же процесса:

повышается температура;
кристаллическая решетка изменяется;
частицы отдаляются друг от друга;
появляются прочие нарушения кристаллической решетки;
межатомные связи разрываются;
образовывается квазижидкий слой.

Как уже стало понятно, температура – основной фактор, из-за которого состояние элемента изменяется . По температура плавления делят на:

легкие — не более 600°С;
средние — 600-1600°С;
тугие –свыше 1600°С.

Инструмент для этой работы выбирают по принадлежности к той или иной группе: чем больше необходимо нагреть материал, тем мощнее должен быть механизм.

Однако, стоит быть внимательным и сверять данные с системой координат, например, критичная температура твердой ртути – это -39°С, а твёрдого спирта — -114°С, но большая из них будет -39°С, поскольку по системе координат это число ближе к нулю.

Не менее важным показателем является и температура кипения, при которой жидкость закипает . Данная величина равна теплоте паров, образующихся над поверхностью. Этот показатель прямо пропорционален давлению: при повышении давления - повышается температура плавления и наоборот.

Вспомогательные материалы

У каждого материала свои температурные показатели, при которых его форма изменяется, причем для каждого из них можно составить свой график плавления и отвердевания. В зависимости от кристаллической решетки, показатели будут изменяться. Например, график плавления льда показывает, что для него нужна крайне мало тепла, что показано ниже:

На графике изображено соотношение количества тепла (вертикально) и времени (горизонтально), необходимое для плавки льда.

Таблица показывает, какое количество необходимо для плавления самых распространенных металлов.

График плавления и прочие вспомогательные материалы крайне необходимы во время опытов, чтобы проследить изменения положение частиц и заметить начало изменения формы элементов.

Отвердевание тел

Отвердевание - это изменение жидкой формы элемента в твёрдую. Необходимым условием является понижение температуры ниже точки замерзания. Во время данной процедуры может образовываться кристаллическая структура молекул, и тогда изменение состояния называют кристаллизацией. При этом элемент в жидкой форме должен остыть до температуры отвердевания или кристаллизации.

Плавление и отвердевание кристаллических тел осуществляется при одинаковых условиях внешней среды: кристаллизуется при 0 °С, и при этом же показателе тает лед.

А в случае с металлами: железу необходимо 1539°С для плавления и кристаллизации.

Опыт доказывает, что для отвердевания вещество должно выделить равное количество тепла, как и при обратном превращении.

Молекулы при этом притягиваются друг к другу, образовывая кристаллическую решетку, не в силах сопротивляться, поскольку они теряют свою энергию. Таким образом, удельная теплота определяет, как много необходимо энергии для превращения тела в жидкое состояние и сколько ее выделиться при отвердевании.

Формула отвердевания – это Q = λ*m . При кристаллизации к знаку Q добавляется знак минуса, поскольку тело в таком случае энергию выделяет или теряет.

Изучаем физику — графики плавления и отвердевания веществ

Процессы плавления и отвердевания кристаллов

Вывод

Все эти показатели тепловых процессов необходимо знать для глубинного постижения физики и понимания примитивных природных процессов. Нужно как можно раньше объяснять их ученикам, используя в качестве примеров подручные средства.

Чтобы эффективно спланировать все строительные работы, нужно знать, сколько времени застывает бетон. И здесь есть ряд тонкостей, которые во многом определяют качество возведенной конструкции. Ниже мы подробно опишем, как происходит высушивание раствора, и на что нужно обращать внимание при организации сопутствующих операций.

Теория полимеризации цементного раствора

Чтобы руководить процессом, очень важно понимать, как именно он происходит. Именно поэтому стоит заранее изучить, что представляет собой застывание цемента ().

На самом деле этот процесс является многоступенчатым. В него входят как набор прочности, так и собственно высыхание.

Давайте рассмотрим эти стадии более подробно:

Затвердевание бетона и других растворов на основе цемента начинается с так называемого схватывания . При этом находящееся в опалубке вещество вступает в первичную реакцию с водой, благодаря чему начинает приобретать определенную структуру и механическую прочность.
Время схватывания зависит от множества факторов . Если взять за эталон температуру воздуха в 20 0 С, то для раствора М200 процесс стартует примерно через два часа после заливки и длится около часа-полутора.
После схватывания происходит отвердевание бетона . Здесь основная масса цементных гранул вступает в реакцию с водой (по этой причине процесс иногда называют гидратацией цемента). Оптимальными условиями для гидратации является влажность воздуха около 75% и температура от 15 до 20 0 С.
При температуре ниже 10 0 С есть риск, что материал так и не наберет проектную прочность, вот почему для работы в зимний период нужно применять специальные антиморозные добавки .

Прочность готовой конструкции и скорость отвердевания раствора взаимосвязаны . Если состав будет терять воду слишком быстро, то не весь цемент успеет прореагировать, и внутри конструкции сформируются очаги низкой плотности, которые могут стать источником трещин и других дефектов.

Обратите внимание! Резка железобетона алмазными кругами после полимеризации часто наглядно демонстрирует неоднородную структуру плит, залитых и просушенных с нарушением технологии.

В идеале до полного отвердения раствору требуется 28 суток . Впрочем, если к конструкции не выдвигаются слишком строгие требования по несущей способности, то можно начинать ее эксплуатировать уже через три-четыре дня после заливки.

Факторы, влияющие на застывание

Планируя строительные или ремонтные работы, важно верно оценить все факторы, которые будут влиять на скорость обезвоживания раствора ().

Специалисты выделяют следующие моменты:

Во-первых, важнейшую роль играют, условия окружающей среды. В зависимости от температуры и влажности залитый фундамент может либо высохнуть буквально за несколько дней (и тогда не наберет проектную прочность), либо оставаться мокрым больше месяца.
Во-вторых – плотность укладки. Чем плотнее материал, тем медленнее он теряет влагу, а значит, более эффективно происходит гидратация цемента. Для уплотнения чаще всего используется виброобработка, но при выполнении работ своими руками можно обойтись и штыкованием.

Совет! Чем плотнее материал, тем сложнее его обрабатывать после упрочнения. Вот почему для конструкций, при возведении которых применялось виброуплотнение, чаще всего требуется алмазное бурение отверстий в бетоне: обычные буры слишком быстро изнашиваются.

Состав материала также оказывает влияние на скорость протекания процесса. Главным образом темпы обезвоживания зависят от пористости наполнителя: керамзит и шлак накапливают микроскопические частицы влаги, и отдают их куда медленнее, чем песок или гравий.
Также для замедления сушки и более эффективного набора прочности широко применяются влагоудерживающие добавки (бентонит, мыльные растворы и т.д.). Конечно, цена конструкции при этом возрастает, но зато не нужно беспокоиться о преждевременном пересыхании.

Кроме всего вышеперечисленного инструкция рекомендует обращать внимание и на материал опалубки. Пористые стенки из необрезной доски оттягивают из краевых участков значительное количество жидкости. Потому для обеспечения прочности лучше использовать опалубку из металлических щитов или же укладывать внутрь дощатого короба полиэтиленовую пленку.

Самостоятельная заливка бетонных фундаментов и полов должна осуществляться по определенному алгоритму.

Чтобы удержать влагу в толще материала и способствовать максимальному набору прочности, действовать нужно так:

Для начала выполняем качественную гидроизоляцию опалубки. Для этого деревянные стенки покрываем полиэтиленом или используем специальные пластиковые разборные щиты.
В состав раствора вводим модификаторы, действие которых направлено на уменьшение скорости испарения жидкости. Также можно применять добавки, позволяющие материалу быстрее набирать прочность, но стоят они довольно дорого, потому и применяют их в основном в многоэтажном строительстве.
Затем заливаем бетон, тщательно его уплотняя. Для этой цели лучше всего задействовать специальный виброинструмент. Если же такого приспособления нет – обрабатываем заливаемую массу лопатой или металлическим прутом, удаляя пузыри воздуха.

Поверхность раствора после схватывания накрываем полиэтиленовой пленкой. Делается это для того, чтобы снизить потери влаги в первые несколько суток после укладки.

Обратите внимание! Осенью полиэтилен также защищает цемент, находящийся на открытом воздухе, от осадков, размывающих поверхностный слой.

Примерно через 7-10 дней можно демонтировать опалубку. После демонтажа внимательно осматриваем стенки конструкции: если они влажные, то можно оставить их открытыми, а вот сухие лучше тоже накрыть полиэтиленом.
После этого раз в два-три дня снимаем пленку и инспектируем поверхность бетона. При появлении большого количества пыли, трещин или отслоения материала увлажняем застывший раствор из шланга и снова покрываем полиэтиленом.
На двадцатый день снимаем пленку и продолжаем сушку в естественном режиме.
После того, как с момента заливки пройдет 28 суток, можно начинать следующий этап работ. При этом, если мы все сделали правильно, нагружать конструкцию можно «по полной» — прочность ее будет максимальной!

Вывод

Зная, сколько времени застывает бетонный фундамент, мы сможем правильно организовать все остальные строительные работы. Однако ускорять этот процесс нельзя, поскольку необходимые эксплуатационные характеристики цемент приобретает только тогда, когда отвердевает в течение достаточного времени ().

Более подробная информация по данному вопросу изложена на видео в этой статье.

Представляем вашему вниманию видеоурок по теме «Плавление и отвердевание кристаллических тел. График плавления и отвердевания». Здесь мы начинаем изучение новой обширной темы: «Агрегатные состояния вещества». Здесь мы дадим определение понятию агрегатного состояния, рассмотрим примеры таких тел. И рассмотрим, как называются и что представляют собой процессы, при которых вещества переходят из одного агрегатного состояния в другое. Более подробно остановимся на процессах плавления и кристаллизации твердых тел и составим температурный график подобных процессов.

Тема: Агрегатные состояния вещества

Урок: Плавление и отвердевание кристаллических тел. График плавления и отвердевания

Аморфные тела - тела, в которых атомы и молекулы упорядочены определенным образом только вблизи рассматриваемого участка. Такой тип расположения частиц называют ближним порядком.

Жидкости - вещества без упорядоченной структуры расположения частиц, молекулы в жидкостях движутся свободнее, а межмолекулярные силы слабее, чем у твердых тел. Важнейшее свойство: сохраняют объем, легко меняют форму и принимают из-за свойства текучести форму сосуда, в котором находятся (рис. 3).

Рис. 3. Жидкость принимает форму колбы ()

Газы - вещества, молекулы которых слабо взаимодействуют между собой и движутся хаотически, часто сталкиваясь друг с другом. Важнейшее свойство: не сохраняют объем и форму и занимают весь объем сосуда, в котором находятся.

Важно знать и понимать, каким образом осуществляются переходы между агрегатными состояниями веществ. Схему таких переходов изобразим на рисунке 4.

1 - плавление;

2 - отвердевание (кристаллизация);

3 - парообразование: испарение или кипение;

4 - конденсация;

5 - сублимация (возгонка) - переход из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое;

6 - десублимация - переход из газообразного состояния в твердое, минуя жидкое.

На сегодняшнем уроке мы уделим внимание таким процессам, как плавление и отвердевание кристаллических тел. Начать рассмотрение таких процессов удобно на примере наиболее часто встречающихся в природе плавления и кристаллизации льда.

Если поместить лед в колбу и начать его нагревать с помощью горелки (рис. 5), то можно будет заметить, что его температура начнет повышаться, пока не достигнет температуры плавления (0 o C), затем начнется процесс плавления, но при этом температура льда повышаться не будет, и только после окончания процесса плавления всего льда температура образовавшейся воды начнет повышаться.

Рис. 5. Плавление льда.

Определение. Плавление - процесс перехода из твердого состояния в жидкое. Этот процесс происходит при постоянной температуре.

Температура, при которой происходит плавление вещества, называется температурой плавления и является измеренной величиной для многих твердых веществ, а потому табличной величиной. Например, температура плавления льда равна 0 o C, а температура плавления золота 1100 o C.

Обратный плавлению процесс - процесс кристаллизации - также удобно рассматривать на примере замерзания воды и превращения ее в лед. Если взять пробирку с водой и начать ее охлаждать, то сначала будет наблюдаться уменьшение температуры воды, пока она не достигнет 0 o C, а затем ее замерзание при постоянной температуре (рис. 6), и уже после полного замерзания дальнейшее охлаждение образовавшегося льда.

Рис. 6. Замерзание воды.

Если описанные процессы рассматривать с точки зрения внутренней энергии тела, то при плавлении вся полученная телом энергия расходуется на разрушение кристаллической решетки и ослабление межмолекулярных связей, таким образом, энергия расходуется не на изменение температуры, а на изменение структуры вещества и взаимодействия его частиц. В процессе же кристаллизации обмен энергиями происходит в обратном направлении: тело отдает тепло окружающей среде, а его внутренняя энергия уменьшается, что приводит к уменьшению подвижности частиц, увеличению взаимодействия между ними и отвердеванию тела.

Полезно уметь графически изобразить процессы плавления и кристаллизации вещества на графике (рис. 7).

По осям графика расположены: ось абсцисс - время, ось ординат - температура вещества. В качестве исследуемого вещества примем лед при отрицательной температуре, т. е. такой, который при получении тепла не начнет сразу плавиться, а будет нагревать до температуры плавления. Опишем участки на графике, которые представляют собой отдельные тепловые процессы:

Начальное состояние - a: нагревание льда до температуры плавления 0 o C;

a - b: процесс плавления при постоянной температуре 0 o C;

b - точка с некоторой температурой: нагревание образовавшейся из льда воды до некоторой температуры;

Точка с некоторой температурой - c: охлаждение воды до температуры замерзания 0 o C;

c - d: процесс замерзания воды при постоянной температуре 0 o C;

d - конечное состояние: остывание льда до некоторой отрицательной температуры.

Сегодня мы рассмотрели различные агрегатные состояния вещества и уделили внимание таким процессам, как плавление и кристаллизация. На следующем уроке мы обсудим главную характеристику процесса плавления и отвердевания веществ - удельную теплоту плавления.

1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. /Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. Физика 8. - М.: Мнемозина.

2. Перышкин А. В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.

3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.

1. Словари и энциклопедии на Академике ().

2. Курс лекций «Молекулярная физика и термодинамика» ().

3. Региональная коллекция Тверской области ().

1. Стр. 31: вопросы №1-4; стр. 32: вопросы №1-3; стр. 33: упражнения №1-5; стр. 34: вопросы №1-3. Перышкин А. В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.

2. В кастрюле с водой плавает кусок льда. При каком условии он не будет таять?

3. При плавлении температура кристаллического тела остается неизменной. А что происходит со внутренней энергией тела?

4.Опытные садовники в случае весенних ночных заморозков во время цветения плодовых деревьев вечером обильно поливают ветки водой. Почему это значительно уменьшает риск потери будущего урожая?