Vypracovala: B. Horváthová
Keď zohrievame teleso z kryštalickej látky, zvyšuje sa jeho teplota a po dosiahnutí teploty topenia sa premieňa na kvapalinu s tou istou teplotou. Táto premena sa nazýva topenie. Keď sa teleso z kryštalickej látky s hmotnosťou m a s teplotou topenia premení na kvapalinu s tou istou teplotou, prijme skupenské teplo topenia Lt . Skupenské teplo topenia je veličina, ktorá záleží od druhu látky. Zavádza sa veličina merné skupenské teplo topenia lt, ktoré je určené:
Jednotka merného skupenského tepla topenia je
Merné skupenské teplo topenia určuje množstvo tepla, ktoré musíme dodať 1 kg kryštalickej látky o teplote topenia, aby sa premenila na kvapalinu tej istej teploty.
Merné skupenské teplo topenia je konštantou. Merné skupenské teplo topenia ľadu je 334 kJ.kg-1
Hodnoty merného skupenského tepla niektorých látok sú uvedené v matematicko-fyzikálnych tabuľkách.
Keď kvapalinu, ktorá vznikla topením kryštalickej látky, ochladíme, mení sa na pevné teleso, dochádza k tuhnutiu telesa. Teplota tuhnutia sa u kryštalických látok rovná teplote topenia. Pri tuhnutí teleso odovzdá svojmu okoliu skupenské teplo tuhnutia, rovnajúce sa Lt.
Amorfné látky pri zohrievaní postupne mäknú, až sa premenia na kvapalinu. Amorfné látky nemajú stálu teplotu topenia.
Keď kryštalická látka prijíma teplo, zväčšuje sa stredná kinetická energia kmitavého pohybu častíc. Častice zväčšujú rozkmity, čím sa zväčšuje stredná vzdialenosť medzi nimi. Preto sa zväčšuje aj stredná potenciálna energia častíc.
Keď látka dosiahne teplotu topenia, nadobúdajú rozkmity také hodnoty, že sa narušuje väzba medzi časticami a mriežka sa začne rozpadávať, látka sa topí. V rozličných látkach sú väzbové sily medzi časticami rozličné. Preto sa každá kryštalická látka začína topiť pri danom vonkajšom tlaku, pri určitej teplote. Keď kryštalická látka pri topení prijíma skupenské teplo, zväčšuje sa stredná potenciálna energia častíc. To znamená, že pri teplote topenia je vnútorná energia roztaveného telesa väčšia, ako vnútorná energia toho istého telesa v kryštalickom stave pri tej istej teplote.
Keď sa všetka látka roztopí a prijme ďalšie teplo, opäť sa zväčšuje stredná kinetická energia častíc a teplota kvapaliny sa zvyšuje.
Keď kvapalina, ktorá vznikla topením kryštalickej látky, odovzdá teplo, zmenší sa kinetická energia častíc, a tým aj teplota látky. Ak dosiahneme teplotu tuhnutia, začnú sa v kvapaline vplyvom väzbových síl tvoriť kryštalické jadrá. K týmto zárodkom sa pripájajú a pravidelne usporiadajú ďalšie častice látky. Týmto spôsobom vzniká v tavenine pri kryštalizácii sústava voľne sa pohybujúcich kryštálikov nepravidelného tvaru. Keď všetka látka stuhne, kryštáliky sa navzájom dotýkajú a tvoria zrná. Takto vzniká polykryštalická látka.
Keď sa v tavenine utvorí iba jeden zárodok, na ktorý sa pravidelne pripájajú častice látky, vznikne monokryštál.
Pri skúmaní závislosti teploty topenia kryštalickej látky od vonkajšieho tlaku sa zistilo, že pri väčšine látok sa pri zvýšení tlaku zvyšuje aj teplota topenia. Niektoré látky ako ľad, antimón, bizmut, naopak, zvýšením vonkajšieho tlaku majú teplotu topenia nižšiu. Pri ľade spôsobuje zvýšenie tlaku o 0,1 MPa zníženie teploty topenia o 7,5 mK.
Grafické znázornenie závislosti tlaku od teploty topenia sa volá krivka topenia.
Na prvom obrázku je znázornená krivka pre tuhé látky typu olovo a na druhom pre látky typu ľad. Každý bod krivky topenia znázorňuje rovnovážny stav tuhej a kvapalnej fázy tej istej látky. Krivka topenia sa začína v bode A, ktorému zodpovedá najmenší možný tlak, pri ktorom sú ešte kvapalina a tuhá látka v rovnováhe.
Látky, pri ktorých sa so zvyšujúcim tlakom zvyšuje teplota topenia, svoj objem pri topení zväčšujú a pri tuhnutí zmenšujú. Látky, ktoré pri zvýšení tlaku svoju teplotu topenia znižujú, svoj objem pri topení zmenšujú a pri tuhnutí zväčšujú.
Zväčšenie objemu pri tuhnutí vody má veľký význam. Ľad má menšiu hustotu ako voda, preto na vode pláva a svojou nízkou tepelnou vodivosťou zabraňuje zamŕzaniu vody do väčšej hĺbky.
Príklad 1:
Ľad s hmotnosťou 1 kg a začiatočnou teplotou -10 °C sa premenil na vodu s teplotou 20 °C pri normálnom tlaku. Merná tepelná kapacita ľadu je 2,1 kJ.kg-1.K-1, merná tepelná kapacita vody je 4200 J.kg-1.K-1, merné skupenské teplo topenia ľadu je 334 kJ.kg-1, teplota topenia ľadu je 0 °C. Vypočítajte celkové prijaté teplo.
Celkové prijaté teplo môžeme rozdeliť na tri časti. Najskôr sa ľad zohreje na teplotu topenia na 0°C, potom prijme skupenské teplo topenia, ktoré sa spotrebuje na skupenskú premenu na topenie, nakoniec sa vzniknutá voda zohreje na 20°C.
Po číselnom dosadení:
Celkové prijaté teplo bolo 439 kJ.
Príklad 2:
Ako sa zmení vnútorná energia telesa z cínu s hmotnosťou 3,0 kg a teplotou topenia, ak sa premení z pevného skupenstva na kvapalné s rovnakou teplotou? Merné skupenské teplo topenia cínu je 61kJ.kg-1.
Keď kryštalická látka pri topení prijíma skupenské teplo, zväčšuje sa stredná potenciálna energia častíc. Zväčšuje sa vnútorná energia.
Vnútorná energia sa zväčší približne o 0,18 MJ.
Úlohy:
1) Čo vyjadruje merné skupenské teplo topenia?
2) Čo vyjadruje krivka topenia?
3) Ako sa vytvára polykryštalická látka?
Obrazová príloha:
učebnica Fyzika pre 2. Ročník gymnázia ,E. Svoboda a K. Bartuška
Použitá literatúra:
E. Svoboda a K. Bartuška – Fyzika pre 2. Ročník gymnázia
P. Tarábek – Zmaturuj z fyziky