Вики-страница ученика по физике

Версия 11:38, 14 февраля 2012

Название проекта

Диформация вещества при плавлении

Авторы и участники проекта

Сергей Гоголь

Тема исследования группы

Изменение внутренней энергии вещества при плавлении

Проблемный вопрос (вопрос для исследования)

Как изменяется внутренняя энергия вещества при плавлении?

Раскрытие вопроса

насыщенного пара всегда больше внутренней энергии жидкости, из которой этот пар образовался. Увеличение внутренней энергии вещества при испарении без изменения температуры происходит в основном благодаря тому, что при переходе в пар среднее расстояние между молекулами увеличивается. При этом возрастает их взаимная потенциальная энергия, так как, для того чтобы раздвинуть молекулы на большие расстояния, нужно затратить работу на преодоление сил притяжения молекул друг к другу.

Кроме того, совершается работа против внешнего давления, ибо пар занимает больший объем, чем жидкость, из которой он образовался. Совершение работы при парообразовании становится особенно наглядным, если представить себе, что жидкость испаряется в цилиндре и что образующийся пар поднимает легкий поршень производя при этом работу против атмосферного давления. Эту работу легко подсчитать. Сделаем этот подсчет для воды, кипящей при нормальном давлении и, следовательно, при температуре 100 °С. Пусть поршень имеет площадь 100 см2. Так как нормальное атмосферное давление равно 1,013X105 Па, то на поршень действует сила 1,013•105 Па•0,01м2= 1013 Н. Если поршень поднимется на 0,1 м, будет произведена работа 1013 Н•0,1 м=101,3 Дж. При этом образуется 0,01•0,1=10-3 м3 пара. Плотность пара при 100 °С равна 0,597 кг/м3, поэтому масса пара равна 0,597•10-3 кг. Следовательно, при образовании 1 кг пара на работу против внешнего давления будет затрачено 101,3/(0,597•10-3)=170 кДж.

При испарении 1 кг воды при 100 °С расходуется 2250 кДж (удельная теплота парообразования). Из них 170 кДж затрачивается, как показывает наш подсчет, на работу против внешнего давления. Следовательно, остаток, равный 2250—170=2080 кДж, представляет собой приращение внутренней энергии 1 кг пара по сравнению с энергией 1 кг воды. Как видно, для воды большая часть теплоты при испарении идет на приращение внутренней энергии и лишь небольшая часть тратится на совершение внешней работы.