ŠILDYMO KREIVĖ: KAS TAI YRA, KAIP JI DAROMA, PAVYZDŽIAI - FIZINIS - 2025

Šildymo kreivė yra grafinis kaip mėginio temperatūra svyruoja kaip laiko funkcija, išlaikant slėgio konstanta ir pridedant šilumos vienodai, tai yra, pastoviu greičiu.

Norint sudaryti tokio tipo grafiką, paimamos temperatūros ir laiko verčių poros, kurios vėliau nubraižomos įdedant temperatūrą ant vertikalios ašies (ordinatės) ir laiką ant horizontalios ašies (abscisė).

1 paveikslas. Medžiagos kaitinimo kreivė gaunama pridedant šilumos ir matuojant temperatūrą kas tam tikrą laiko tarpą. Šaltinis: „Pixabay“.

Tuomet šiems bandymo taškams pridedama tinkamiausia kreivė ir gautas temperatūros T grafikas kaip laiko t funkcija: T (t).

Kokia yra šildymo kreivė?

Kaitinama medžiaga iš eilės pereina įvairias būsenas: iš kietos medžiagos ji gali tapti garais, beveik visada praeinančia per skystą būseną. Šie procesai vadinami būsenos pokyčiais, kai mėginys padidina savo vidinę energiją, kol pridedama šiluma, kaip rodo molekulinė kinetinė teorija.

Pridedant šilumą prie mėginio, yra dvi galimybės:

- Medžiaga padidina savo temperatūrą, atsižvelgiant į tai, kad jos dalelės yra intensyviau maišomos.

- Medžiaga išgyvena fazių kaitą, kurios metu temperatūra išlieka pastovi. Šilumos pridėjimas tam tikru mastu silpnina jėgas, sulaikančias daleles, todėl, pavyzdžiui, lengva pereiti iš ledo į skystą vandenį.

2 paveiksle pavaizduotos keturios materijos būsenos: kieta, skysta, dujos ir plazma, taip pat procesų, leidžiančių pereiti tarp jų, pavadinimai. Rodyklės rodo proceso kryptį.

2 pav. Medžiagos ir procesų būsenos, reikalingos pereiti iš vienos į kitą. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

-Valstybės pokyčiai medžiagoje

Pradėjus nuo kieto pavidalo mėginio, kai jis ištirpsta, jis virsta skystu pavidalu, garuodamas virsta dujomis ir per jonizaciją tampa plazma.

Kietą medžiagą galima tiesiogiai paversti dujomis, žinomu kaip sublimacija. Yra medžiagų, kurios lengvai sublimuojasi kambario temperatūroje. Labiausiai žinomas yra CO ₂ arba sausas ledas, taip pat naftalenas ir jodas.

Kol bandinys keičiasi būsenoje, temperatūra išlieka pastovi, kol pasiekia naują būseną. Tai reiškia, kad, jei, pavyzdžiui, turite skysto vandens, pasiekusio virimo temperatūrą, jo temperatūra išlieka pastovi, kol visas vanduo virsta garu.

Dėl šios priežasties tikimasi, kad atšilimo kreivė bus sudaryta iš didėjančių ir horizontalių pjūvių, kur pastarieji atitinka fazių pokyčius. Viena iš šių kreivių yra parodyta 3 paveiksle atitinkamai medžiagai.

3 paveikslas. Tam tikros medžiagos kaitinimo kreivė, kurios tipinė konfigūracija pagrįsta laipteliais ir šlaitais.

Šildymo kreivės aiškinimas

Augimo intervalais ab, cd ir ef medžiaga yra atitinkamai kieta, skysta ir dujos. Šiuose regionuose kinetinė energija didėja, o kartu ir temperatūra.

Kol vyksta bc, jis keičia savo būseną iš kietos į skystą, todėl abi fazės egzistuoja kartu. Tai atsitinka toje dalyje, kurioje mėginys keičiasi iš skysčio į dujas. Čia kinta potenciali energija, o temperatūra išlieka pastovi.

Taip pat įmanoma atvirkštinė procedūra, ty mėginį galima atvėsinti, kad būtų galima iš eilės priimti kitas būsenas. Šiuo atveju mes kalbame apie aušinimo kreivę.

Šildymo kreivės yra vienodos visoms medžiagoms, nors, žinoma, ne tos pačios skaitinės vertės. Kai kurių medžiagų būsena keičiasi ilgiau nei kitų, o esant skirtingoms temperatūroms jos tirpsta ir garuoja.

Šie taškai yra atitinkamai žinomi kaip lydymosi temperatūra ir virimo temperatūra, ir tai yra kiekvienos medžiagos savybės.

Štai kodėl šildymo kreivės yra labai naudingos, nes jos parodo milijoninėms medžiagoms, kurios yra kietosios ir skysčiosios, esant normalioms temperatūroms ir esant atmosferos slėgiui, šių temperatūrų skaitinę vertę.

Kaip sudarote apšilimo kreivę?

Iš esmės tai labai paprasta: tiesiog sudėkite medžiagos mėginį į indą su maišykle, įdėkite termometrą ir tolygiai pašildykite.

Tuo pat metu procedūros pradžioje suaktyvinamas chronometras ir kartas nuo karto pažymimos atitinkamos temperatūros ir laiko poros.

Šilumos šaltinis gali būti dujinis degiklis, turintis gerą kaitinimo greitį, arba elektrinė varža, skleidžianti šilumą, kurią galima prijungti prie kintamo šaltinio, norint pasiekti skirtingas galias.

Didesniam tikslumui chemijos laboratorijoje plačiai naudojami du būdai:

- Diferencialinė šiluminė analizė.

- Diferencinė nuskaitymo kalorimetrija.

Jie beveik visada lygina tiriamojo mėginio ir kito etaloninio mėginio, kurio lydymosi temperatūra yra aukšta, temperatūros skirtumą, beveik visada aliuminio oksido. Šiais metodais lengva rasti lydymosi ir virimo taškus.

Pavyzdžiai (vanduo, geležis …)

Apsvarstykite paveikslėlyje parodytas vandens ir geležies šildymo kreives. Laiko skalė nerodoma, tačiau reikia nedelsiant atskirti abiejų medžiagų lydymosi temperatūrą, atitinkančią kiekvieno grafiko B tašką: vandeniui 0 ° C, geležiui 1500 ° C.

4 pav. Vandens ir geležies šildymo kreivės.

Vanduo yra universali medžiaga, ir laboratorijoje nesunku pasiekti temperatūros diapazoną, norint pamatyti jo būsenos pokyčius. Geležiui reikalinga daug aukštesnė temperatūra, tačiau, kaip pažymėta aukščiau, grafiko forma iš esmės nesikeičia.

Tirpsta ledas

Kaitinant ledo pavyzdį, pagal grafiką mes esame taške A, esant žemesnei kaip 0º C. Temperatūra pastebima, kad temperatūra kinta pastoviu greičiu, kol pasiekia 0 ° C.

Vandens molekulės lede vibruoja didesne amplitude. Pasiekus lydymosi temperatūrą (taškas B), molekulės jau gali judėti viena prieš kitą.

Gauta energija investuojama į patrauklių jėgų tarp molekulių sumažinimą, taigi temperatūra tarp B ir C išlieka pastovi, kol visas ledas ištirps.

Vandens pavertimas garais

Kai vanduo yra visiškai skystas, molekulių vibracija vėl padidėja, o temperatūra greitai padidėja nuo C iki D iki 100 ° C virimo taško. Tarp D ir E temperatūra išlieka ta vertė, kol gauta energija užtikrina, kad visas talpykloje esantis vanduo išgaruotų.

Jei visi vandens garai gali būti talpykloje, jis gali tęsti šildymą nuo taško E iki taško F, ​​kurio riba nėra parodyta diagramoje.

Geležies mėginys gali vykti tais pačiais pakeitimais. Tačiau atsižvelgiant į medžiagos pobūdį, temperatūrų diapazonas labai skiriasi.

Nuorodos

1. Atkins, P. Chemijos principai: atradimų keliai. Redakcija Médica Panamericana. 219–221.
2. Chung, P. Šildymo kreivės. Atkurta iš: chem.libretexts.org.
3. Šildymo kreivės. Lydymosi ir garinimo šiluma. Atkurta iš: wikipremed.com.
4. Hewitt, Paul. 2012. Konceptualus fizikos mokslas. 5-asis. Ed Pearson. 174–180.
5. Valjadolido universitetas. Chemijos laipsnis, atgautas iš: lodging.uva.es.