ДомойБез рубрикиУдельная теплота плавления и парообразования — калькулятор Q=mL
Удельная теплота плавления и парообразования — калькулятор Q=mL
Калькулятор фазовых переходов по формуле Q = m·L: количество теплоты при плавлении, кристаллизации, испарении и конденсации, поиск массы по поглощённой теплоте, а также полный нагрев лёд → вода → пар с учётом теплоёмкостей всех трёх фаз.
Q = m · L_пл
—
Формулы фазового перехода
Плавление и кристаллизация:Q = L_пл·m (поглощается при плавлении, выделяется при кристаллизации; T = T_плавления = const)
Испарение и конденсация:Q = L_исп·m (поглощается при кипении/испарении, выделяется при конденсации; T = T_кипения = const)
При плавлении разрушается только дальний кристаллический порядок — частицы остаются вплотную друг к другу, как в жидкости. При испарении разрываются почти все межмолекулярные связи: молекулы уходят в газ и удаляются на расстояния в 10–100 раз больше. На разрыв всех связей нужно гораздо больше энергии. Для воды соотношение L_исп/L_пл ≈ 6.77 (2260/334), поэтому при чайнике большая часть энергии уходит именно на парообразование, а не на нагрев или плавление.
Что такое скрытая (латентная) теплота фазового перехода?
Скрытая теплота — энергия, которую тело поглощает или отдаёт при фазовом переходе без изменения температуры. На графике T(t) при равномерном нагреве участок плавления — горизонтальная «полка» при T=T_пл, вся подведённая энергия идёт на разрушение кристаллической решётки. По окончании перехода температура снова растёт. Слово «скрытая» (от лат. latens) ввёл Джозеф Блэк в XVIII веке: теплота поглощается, но термометр её «не видит».
Что такое фазовая диаграмма вещества?
Фазовая диаграмма — график в координатах давление–температура, на котором показаны области существования твёрдой, жидкой и газовой фаз и линии равновесия между ними. Тройная точка — единственная (P, T), где сосуществуют все три фазы (для воды 0.01°C, 611 Па). Критическая точка — выше неё граница жидкость–пар исчезает (для воды 374°C, 22.06 МПа). Калькулятор работает при 1 атм, поэтому L_пл и L_исп берутся для нормального давления.
Почему вода кипит при 100°C только при 1 атм?
Кипение начинается, когда давление насыщенного пара жидкости равняется внешнему давлению. На уровне моря оно равно 101 325 Па, и для воды это происходит при 100°C. В горах на высоте 5000 м атмосферное давление ≈ 540 гПа — вода закипает при 83°C, и яйцо там сварить трудно. В скороварке давление поднимают до 1.8–2 атм, и вода кипит при 120°C, что ускоряет приготовление. Удельная теплота L_исп тоже немного зависит от температуры/давления — табличные значения даются для нормального давления.
Что такое сублимация и десублимация?
Сублимация — прямой переход из твёрдой фазы в газообразную, минуя жидкость. Лёд испаряется при −10°C на морозе (вы видите, как «уходит» иней с белья), нафталин даёт пары при комнатной температуре, сухой лёд (CO₂) сублимирует при −78.5°C. Обратный процесс — десублимация (например, образование инея на стекле). Удельная теплота сублимации равна сумме L_пл + L_исп — для воды это ≈ 2594 кДж/кг.
Чем конденсация отличается от кристаллизации?
Конденсация — переход газ → жидкость (пар на холодном стекле, роса, облака); выделяется теплота L_исп. Кристаллизация (затвердевание) — переход жидкость → твёрдое тело (вода → лёд, расплавленный металл → отливка); выделяется L_пл. Это процессы, обратные испарению и плавлению, и они отдают столько же энергии, сколько было поглощено в прямой реакции. Поэтому пар при 100°C, попадая на кожу, обжигает сильнее кипятка: на нас выливается ещё и L_исп = 2.26 МДж/кг.
Калькулятор удельной теплоты плавления и парообразования по формуле Q = m·L решает четыре типа задач: расчёт Q при плавлении или кристаллизации (Q = m·L_пл), расчёт Q при испарении или конденсации (Q = m·L_исп), поиск массы вещества m = Q/L по известной теплоте и комбинированный расчёт лёд→вода→пар Q_total = m·c_льда·(0−T₁) + m·L_пл + m·c_воды·100 + m·L_исп + m·c_пара·(T₂−100). Поддерживаются единицы массы кг/г, энергии Дж/кДж/МДж/кал/ккал, пресеты для 11 веществ (вода, этанол, ртуть, алюминий, железо, медь, свинец, золото, олово, парафин, нафталин). Пример: чтобы расплавить 1 кг льда при 0 °C, нужно Q = 1·334000 = 334 кДж. Чтобы испарить 1 кг воды при 100 °C — Q = 1·2 260 000 = 2,26 МДж, в 6,77 раза больше теплоты плавления.