мальчик тянет санки по горизонтальной дороге, прикладывая силу 35H под углом 60 к горизонту, при этом перемещения санок равно 30 метров. Определите совершаемую механическую работу. Как измениться совершаемая работа если перемещение увеличиться в 7 раз?
плавление — это процесс превращения вещества из твёрдого состояния в жидкое.
наблюдения показывают, что если измельчённый лёд, имеющий, например, температуру 10 °с, оставить в тёплой комнате, то его температура будет повышаться. при 0 °с лёд начнет таять, а температура при этом не будет изменяться до тех пор, пока весь лёд не превратится в жидкость. после этого температура образовавшейся изо льда воды будет повышаться.
это означает, что кристаллические тела, к которым относится и лед, плавятся при определённой температуре, которую называют температурой плавления. важно, что во время процесса плавления температура кристаллического вещества и образовавшейся в процессе его плавления жидкости остаётся неизменной.
в описанном выше опыте лёд получал некоторое количество теплоты, его внутренняя энергия увеличивалась за счёт увеличения средней кинетической энергии движения молекул. затем лёд плавился, его температура при этом не менялась, хотя лёд получал некоторое количество теплоты. следовательно, его внутренняя энергия увеличивалась, но не за счёт кинетической, а за счёт потенциальной энергии взаимодействия молекул. получаемая извне энергия расходуется на разрушение кристаллической решетки. подобным образом происходит плавление любого кристаллического тела.
аморфные тела не имеют определённой температуры плавления. при повышении температуры они постепенно размягчаются, пока не превратятся в жидкость.
кристаллизация
кристаллизация — это процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое состояние. охлаждаясь, жидкость будет отдавать некоторое количество теплоты окружающему воздуху. при этом будет уменьшаться её внутренняя энергия за счёт уменьшения средней кинетической энергии его молекул. при определённой температуре начнётся процесс кристаллизации, во время этого процесса температура вещества не будет изменяться, пока всё вещество не перейдет в твёрдое состояние. этот переход сопровождается выделением определённого количества теплоты и соответственно уменьшением внутренней энергии вещества за счёт уменьшения потенциальной энергии взаимодействия его молекул.
таким образом, переход вещества из жидкого состояния в твёрдое состояние происходит при определённой температуре, называемой температурой кристаллизации. эта температура остаётся неизменной в течение всего процесса плавления. она равна температуре плавления этого вещества
Применим закон сохранения энергии к квазистатическому процессу охлаждения твердого олова после кристаллизации:
(1)
Здесь <0 – количество теплоты, отданное телом среде при его охлаждении за время ; >0 – количество теплоты, полученное окружающей средой через поверхность ампулы площадью за время . В (1) с0, са – удельные теплоемкости олова и материалы ампулы, М0, Ма – массы олова и ампулы; Т – температура твердого олова; Тср – температура окружающей среды; α – коэффициент теплоотдачи с поверхности ампулы в окружающую среду. В дальнейшем считаем, что значение α в течение всего опыта постоянно.
Применяя закон сохранения энергии к процессу кристаллизации олова, можно получить уравнение
(2)
Здесь Q = λкрМ0 – количество теплоты, отданное оловом при его кристаллизации за время кристаллизации . Так как тепло отдано окружающей среде, то Q < 0. Второй член суммы в (2): - количество теплоты, полученное окружающей средой через поверхность ампулы за время кристаллизации.
Из соотношений (1) и (2) следует
(3)
В принятой модели процесс охлаждения твердого олова от точки полной кристаллизации описывается уравнением (1). Решение этого уравнения имеет вид
, (4)
где θ = Т – Тср; θкр = Ткр- Тср; .
Коэффициент m называют темпом охлаждения. Он характеризует относительную скорость изменения температуры тела. Темп охлаждения можно определить из линейной зависимости, полученной логарифмированием функции (4):
(5)
Следовательно: (6)
Энтропия – функция состояния термодинамической системы. Изменение энтропии в равновесном процессе равно отношению количества теплоты, сообщенного системе, к термодинамической температуре системы:
(7)
Энтропия определяется с точностью до постоянной. Разность энтропий в двух состояниях при обратимом процессе равна
(8)
Здесь δQ – элементарное количество теплоты, полученное или отданное при бесконечно малом изменении параметров термодинамической системы; Т – температура. В процессе кристаллизации олово отдает тепло окружающей среде при Т = соnst. При этом количество теплоты, отданное окружающей среде
Q = λкрМ0 (9)
Здесь М0 – масса олова. Так как Q – количество теплоты, отданное окружающей среде, то Q < 0.
Из (8) и (9) следует, что
(10)
Следовательно, для определения необходимо измерить температуру кристаллизации Ткр, время кристаллизации, Δτк а также вычислить производную функции Т = во время охлаждения твердого олова после полной кристаллизации. Эти величины можно найти, измеряя температуру олова в процессе охлаждения от полного расплава до температуры остывшего олова Т0 в конце опыта.
Реальный процесс охлаждения сопровождается явлениями, вносящими погрешность в определение λкр. Главными источниками погрешности являются
- отклонение процесса охлаждения от квазистатического;
- изменения температуры окружающей среды.
Эти процессы приводят к методической погрешности определения λкр, не превышающей 10%.