تغییر حالت های ماده: جامد به مایع-۱

 تغییر حالت‌های ماده:

در فصل دو گفتیم که بطور معمول، ماده می‌تواند در سه حالت باشد: جامد، مایع و گاز. لازمه اینجا اشاره کنیم که به حالت، فاز هم میگن (فاز جامد). سؤالی که اینجا پیش می‌آید، تبدیل هر کدام از این فازها به همدیگر است. در شکل مقابل، مشخص شده است که مثلاً جامد به مایع اسمش میشه ذوب (یخ به آب).

• -جامد به مایع: گرماگیر
• -مایع به جامد: گرماده
• -گاز به مایع: گرماده (باران)
• -مایع به گاز: گرماگیر
• -جامد به گاز: گرماگیر (قرص نقتالین)
• -گاز به جامد: گرماده (برف)

در بحث گرما گفتیم که جسم یا گرما می‌گیرد یا گرما از دست می‌دهد. در فرآیند تغییر حالت ماده نیز چنین چیزی اتفاق می‌افتد. برای شروع ما دو فرآیند: جامد به مایع و مایع به گاز را با جزییات می‌خوانیم.

- جامد به مایع: فرض کنید یک جعبه به ما داده شده و داخل این جعبه یک قطعه فلز (مثلاً مس) قرار داره. حالا روی جعبه هم یک دماسنج داریم که تغییرات دمای جسم داخل جعبه را نشان می‌دهد. اگر به جعبه گرما بدهیم، از روی دماسنج متوجه می‌شویم که دما در حال افزایش است. تا اینجا همه چیزی طبیعیه. اما از یک دمایی به بعد در حالی که هنوز منبع گرما روشن هست، ولی عدد دماسنج تغییر نمی‌کند ( بهش میگن نقطه‌ی ذوب). اینجا این سؤال پیش می‌آید که: گرمای داده شده صرف چه چیزی می‌شود؟

جواب: این گرمای اضافی صرف شکستن پیوند بین مولکولهای جسم می شود. در واقع افزایش دما انرژی جنبشی میانگین آنها را زیاد کرده و باعث سست شدن پیوند بین آنها می‌شود و در این حالت فرآیند ذوب آغاز می‌شود.

چند نکته‌ی مهم:

• -دمایی که در آن جسم شروع به ذوب شدن می کند، نقطه ی ذوب است.
• -جامدهای بلورین و خالص نقطه ی ذوب مشخص دارند.
• -جامدهای بی شکل مانند قیر و شیشه، نقطه ذوب مشخص ندارند و در گستره ی دمایی به تدریج ذوب می شوند
• -به استثنای چند مورد، حجم جامدها در اثر افزایش دما، افزایش می یابد. (اون استثناهاچیا هستند؟)
• -معمولاً افزایش فشار باعث افزایش نقطه ی ذوب می شود. (در یخ برعکس است)
• -در طی فرآیند ذوب که گرماگیر است، گرمای اضافی داده شده صرف شکست پیوند بین مولکولها می شود.
• -در فرآیند ذوب، دمای جسم ثابت است.
• -افزایش ناخالصی باعث کاهش نقطه ی ذوب می شود.
• مقدار گرمای لازم برای ذوب جسم جامدی به جرم m از نقطه ی ذوب

از قسمت قبل گفتیم برای جامدهای بلورین از جایی به بعد دیگر دما تغییر نمی‌کند در حالی که هنوز گرما داده می‌شود. برای اینکه بتوان مقدار گرمای لازم برای ذوب کامل از نقطه ذوب را حساب کنیم از فرمول زیر استفاده می‌کنیم:

چند نکته‌ی مهم:

• -گرمای نهان ویژه ی ذوب (\(\mathbf{L}_{\mathbf{F}}\)): مقدار گرمای لازم برای اینکه جسمی جامد به جرم kg1 از نقطه ی ذوب بطور کامل به مایع تبدیل شود.
• -💣💣بسیار مهم:

نمودار تغییرات دما بر برحسب گرمای داده شده برای یک قطعه یخ از دمای زیر صفر.

-گرمای نهان ویژه ی ذوب به جنس جسم بستگی دارد.

• -فرآیند ذوب گرماگیر (\(Q > 0\)) و فرآیند انجماد گرماده (\(Q < 0\)).
• -یادمان باشد در فرآیند ذوب ما چیزی به اسم تغییر دما نداریم.
• -در فرآیند انجماد، افزایش ناخالصی باعث کاهش نقطه‌ی ذوب می‌شود (پاشیدن نمک بر روی یخ در زمستان)

? چرا به \(\mathbf{L}_{\mathbf{F}}\) میگیم گرمای نهان!

? گرمای نهان یخ \(336 \times 10^{3}\frac{J}{kg}\) است، مفهوم آن را بیان کنید: یعنی برای اینکه 1 کیلوگرم یخ در دمای صفر درجه و در شرایط استاندارد از نقطه ی ذوبش بطور کامل به مایع (آب صفر درجه)تبدیل شود، 336000 ژول گرما باید صر ف شود.

- دمای محیط بالاتر از نقطه ی انجماد: تبدیل بخار به باران، شبنم یا مه.

- دمای محیط زیر نقطه ی انجماد: تبدیل مستقیم بخار به جامد ( بلورهای یخ به آرامی رشد می کنند)