Faziniai virsmai

Šioje temoje nagrinėjama vidinė energija, šilumos kiekis ir faziniai virsmai – medžiagos būsenos kitimai (garavimas, kondensacija, lydymasis, kietėjimas). Aiškinamasi, kaip apskaičiuoti šilumos kiekį, reikalingą medžiagai sušildyti, išlydyti ar išgarinti, ir kaip šie procesai vaizduojami grafiškai. Taip pat aptariamos savitosios medžiagų savybės, tokios kaip savitoji šiluma, savitoji lydymosi šiluma ir savitoji garavimo šiluma.

Fazinių virsmų grafinis vaizdavimas
Medžiagos šildymo ar aušinimo procesą, apimantį fazinius virsmus, galima pavaizduoti grafiškai priklausomybe T(t) arba T(Q). Kylančios/krintančios grafiko dalys rodo medžiagos temperatūros kitimą esant vienoje fazėje. Horizontalios atkarpos (plato) žymi fazinius virsmus (lydymąsi, virimą, kietėjimą, kondensaciją), kurių metu temperatūra išlieka pastovi, nes visa energija naudojama agregatinei būsenai pakeisti.
Fazinių virsmų grafinis vaizdavimas
Medžiagos būsenų kitimą ir fazinius virsmus galima pavaizduoti temperatūros priklausomybės nuo laiko (arba suteiktos/atimtos energijos) grafiku. Šildant medžiagą, jos temperatūra kyla (grafiko įstrižoji dalis). Pasiekus fazinio virsmo temperatūrą (lydymosi arba virimo), temperatūra nekinta, kol visa medžiaga pakeičia būseną (grafiko horizontali dalis), nes suteikiama energija naudojama ne temperatūrai kelti, o ryšiams tarp molekulių keisti. Po fazinio virsmo temperatūra vėl kyla.
Garavimas ir kondensacija
Garavimas yra fazinis virsmas, kai skystis virsta garais. Šis procesas vyksta bet kokioje temperatūroje nuo skysčio paviršiaus. Garavimui reikalinga energija, kuri apskaičiuojama pagal formulę \(Q = Lm\), kur L – savitoji garavimo šiluma, m – masė. Kondensacija yra atvirkštinis procesas – garai virsta skysčiu, kurio metu išsiskiria energija: \(Q = -Lm\).
Garavimas ir kondensacija
Garavimas yra fazinis virsmas, kurio metu skystis virsta garais nuo laisvo paviršiaus bet kokioje temperatūroje. Jo intensyvumas priklauso nuo temperatūros, paviršiaus ploto ir oro judėjimo. Virimas yra intensyvus garavimas, vykstantis visame skysčio tūryje esant virimo temperatūrai. Garavimui reikalinga energija, vadinama savitąja garavimo šiluma (L). Kondensacija yra atvirkštinis procesas – garai virsta skysčiu, išskirdami energiją.
Garavimas ir kondensacija
Faziniai virsmai – medžiagos būsenos kitimai. Garavimas – skysčio virtimas garais (bet kurioje temperatūroje), skystį paliekant greičiausioms molekulėms. Kondensacija – atvirkštinis procesas, garams virstant skysčiu, išskiriant šilumą. Garavimui reikalingas šilumos kiekis: Q = Lm (L – savitoji garavimo šiluma, m – masė). Kondensacijos metu išsiskiria: Q = -Lm.
Kietėjimas ir lydymasis
Kietėjimas – skysčio virtimas kietu kūnu, lydymasis – atvirkščias procesas. Lydymosi temperatūra – temperatūra, kurioje medžiaga lydosi (skirtingos medžiagos – skirtingos temperatūros). Šilumos kiekis lydymuisi: Q = λm (λ – savitoji lydymosi šiluma, m – masė). Kietėjant išsiskiria: Q = -λm. Savitoji lydymosi šiluma (λ) = savitoji kietėjimo šiluma.
Lydymasis ir kietėjimas
Lydymasis yra fazinis virsmas, kai kieta medžiaga virsta skysčiu pastovioje lydymosi temperatūroje. Šiam procesui reikalinga energija, apskaičiuojama pagal formulę \(Q = \lambda m\), kur λ – savitoji lydymosi šiluma, m – masė. Kietėjimas (arba kristalizacija) yra atvirkštinis procesas – skystis virsta kietuoju kūnu kietėjimo (lydymosi) temperatūroje, kurio metu išsiskiria energija: \(Q = -\lambda m\).
Lydymasis ir kietėjimas
Lydymasis yra fazinis virsmas, kai kieta kristalinė medžiaga pereina į skystą būseną. Tai vyksta pastovioje temperatūroje (lydymosi temperatūra) ir reikalauja energijos – savitosios lydymosi šilumos (λ), kuri naudojama ryšiams tarp dalelių nutraukti. Kietėjimas (kristalizacija) yra atvirkštinis procesas: skystis virsta kietąja medžiaga toje pačioje temperatūroje, o proceso metu išsiskiria šiluma.
Medžiagų būsenų grafika
Medžiagų būsenas (kietą, skystą, dujinę) ir fazinius virsmus (lydymąsi, kietėjimą, garavimą, kondensaciją) galima vaizduoti grafiškai. Horizontalioje ašyje – laikas, vertikalioje – temperatūra. Horizontalios atkarpos – faziniai virsmai, temperatūra nekinta, energija sunaudojama būsenai pakeisti.
Šilumos kiekis ir vidinė energija
Šilumos kiekis yra energijos dalis, kurią kūnas gauna arba praranda šilumos mainų metu. Kūno vidinė energija gali kisti dviem būdais: atliekant mechaninį darbą arba perduodant šilumą. Šilumos kiekis matuojamas džauliais (J).
Šilumos kiekis ir vidinė energija
Šilumos kiekis (Q) yra energijos dalis, perduodama šilumos mainų būdu tarp skirtingos temperatūros kūnų ar sistemos dalių. Kūno vidinė energija (U) yra visų jį sudarančių dalelių šiluminio judėjimo kinetinės energijos ir jų tarpusavio sąveikos potencinės energijos suma. Vidinė energija gali kisti dviem būdais: atliekant mechaninį darbą arba šilumos perdavimo metu (laidumu, konvekcija, spinduliavimu).
Vidinė energija ir šiluma
Vidinė energija – visų kūno dalelių energijų suma. Šilumos kiekis – energijos dalis, kurią kūnas gauna/praranda šilumos mainų metu, matuojama džauliais (J). Vidinė energija kinta: atliekant darbą (trinant) ir šilumos perdavimu (liečiant šalčiui). Ugnis senovėje įgyta trintimi, mechaninę energiją paverčiant vidine. Šilumos laidumas, spinduliavimas, konvekcija – pagrindiniai šilumos perdavimo būdai.

Prisijungti

arba
Real 2
„X“ yra inovatyvi mokymosi platforma, kurios tikslas – teikti aukštos kokybės mokymo medžiagą įvairiausių klasių mokiniams. Patyrusių specialistų parengtas turinys skatina smalsumą, padeda išsamiau ir giliau suprasti mokomus dalykus bei sėkmingai pasiruošti akademiniams iššūkiams.
Atsisiųsk programėlę:
Susisiek su mumis: info@knowledgenestapp.com