1Ciepło przemiany fazowej
- Przemiany fazowe (zmiany stanu skupienia): topnienie i krzepnięcie (ciało stałe ↔ ciecz), parowanie i skraplanie (ciecz ↔ gaz). Przy topnieniu i parowaniu ciało pobiera ciepło, przy krzepnięciu i skraplaniu tyle samo ciepła oddaje.
- Oznaczenia: Q – ciepło [J]; m – masa substancji, która zmienia stan skupienia [kg]; L – ciepło przemiany fazowej (topnienia albo parowania) [J/kg].
Q = m · L. Ciepło topnienia jest równe ciepłu krzepnięcia, a ciepło parowania – ciepłu skraplania.
- Dla wody: ciepło topnienia lodu L ≈ 334 kJ/kg, ciepło parowania L ≈ 2260 kJ/kg (w 100 °C) – prawie 7 razy więcej.
2Temperatura w trakcie przemiany
- Podczas topnienia i wrzenia czystej substancji pod stałym ciśnieniem temperatura się nie zmienia, choć dopływa ciepło. Energia idzie na pokonanie przyciągania między cząsteczkami (rośnie energia ich oddziaływań), a nie na wzrost ich średniej energii kinetycznej.
- Na wykresie t(Q) są dwa poziome odcinki: topnienie (0 °C) i wrzenie (100 °C przy 1013 hPa). Odcinki nachylone to ogrzewanie lodu, wody i pary (Q = m · c · ΔT).
- Parowanie zachodzi w każdej temperaturze, z powierzchni cieczy. Wrzenie to parowanie w całej objętości cieczy (powstają pęcherzyki pary) w temperaturze wrzenia, która zależy od ciśnienia.
„skoro dostarczamy ciepło, to temperatura musi rosnąć”
Podczas topnienia i wrzenia rośnie energia wewnętrzna, ale temperatura się nie zmienia.
Czym różni się wrzenie od parowania?
Woda paruje np. z kałuży w temperaturze pokojowej, a wrze dopiero w temperaturze wrzenia, gdy w całej objętości tworzą się pęcherzyki pary.
To jedno z 8 pytań quizu. Rozwiąż cały quiz →
3Przykłady
- Przykład 1. Dane: m = 0,2 kg lodu o temperaturze 0 °C, L = 334 kJ/kg.
- Wzór: Q = m · L.
- Obliczenia: Q = 0,2 kg · 334 kJ/kg = 66,8 kJ.
- Odpowiedź: stopienie lodu wymaga 66,8 kJ, a temperatura przez cały czas wynosi 0 °C.
- Przykład 2 (dwa etapy). Ten sam lód ma się stać wodą o temperaturze 20 °C: Q = m · L + m · c · ΔT = 66,8 kJ + 0,2 · 4200 · 20 J = 66,8 kJ + 16,8 kJ = 83,6 kJ.
✎Ściąga: Przemiany fazowe
Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.
- Q = m · L. Ciepło topnienia jest równe ciepłu krzepnięcia, a ciepło parowania – ciepłu skraplania.
- Przemiany fazowe (zmiany stanu skupienia): topnienie i krzepnięcie (ciało stałe ↔ ciecz), parowanie i skraplanie (ciecz ↔ gaz). Przy topnieniu i parowaniu ciało pobiera ciepło, przy krzepnięciu i skraplaniu tyle samo ciepła oddaje.
- Oznaczenia: Q – ciepło [J]; m – masa substancji, która zmienia stan skupienia [kg]; L – ciepło przemiany fazowej (topnienia albo parowania) [J/kg].
- Parowanie zachodzi w każdej temperaturze, z powierzchni cieczy. Wrzenie to parowanie w całej objętości cieczy (powstają pęcherzyki pary) w temperaturze wrzenia, która zależy od ciśnienia.
- Przykład 1. Dane: m = 0,2 kg lodu o temperaturze 0 °C, L = 334 kJ/kg.
- Przykład 2 (dwa etapy). Ten sam lód ma się stać wodą o temperaturze 20 °C: Q = m · L + m · c · ΔT = 66,8 kJ + 0,2 · 4200 · 20 J = 66,8 kJ + 16,8 kJ = 83,6 kJ.
?Quiz: powtórz przed kartkówką
8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.
Co dzieje się z temperaturą lodu podczas topnienia pod stałym ciśnieniem?
- AMaleje
- BNajpierw rośnie, potem maleje
- CPozostaje stała
- DRośnie
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: Pozostaje stała – Dostarczane ciepło zwiększa energię oddziaływań cząsteczek, a nie ich średnią energię kinetyczną.
Wzór na ciepło potrzebne do przemiany fazowej to
- AQ = m · L
- BQ = m · c · ΔT
- CQ = m · g · h
- DQ = L/m
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: Q = m · L – L to ciepło przemiany fazowej w J/kg, więc mnożymy je przez masę.
Ile ciepła potrzeba do stopienia 0,2 kg lodu o temperaturze 0 °C (L = 334 kJ/kg)?
- A66,8 kJ
- B6,68 kJ
- C334 kJ
- D1670 kJ
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: 66,8 kJ – Q = m · L = 0,2 kg · 334 kJ/kg = 66,8 kJ.
Na wykresie t(Q) dla ogrzewania lodu aż do pary są dwa poziome odcinki. Co przedstawiają?
- AOgrzewanie lodu i pary
- BTopnienie i wrzenie
- CKrzepnięcie i skraplanie
- DDwa etapy ogrzewania wody
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: Topnienie i wrzenie – Odcinek poziomy to przemiana fazowa w stałej temperaturze: najpierw topnienie, potem wrzenie.
Na co jest zużywana energia dostarczana podczas topnienia?
- ANa wzrost średniej energii kinetycznej cząsteczek
- BNa zwiększenie energii oddziaływań między cząsteczkami
- CNa zmniejszenie masy
- DNa obniżenie temperatury
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: Na zwiększenie energii oddziaływań między cząsteczkami – Podczas przemiany cząsteczki pokonują wzajemne przyciąganie, a ich średnia energia kinetyczna (temperatura) się nie zmienia.
Czym różni się wrzenie od parowania?
- AWrzenie nie wymaga dostarczania ciepła
- BTo dwie nazwy tego samego zjawiska
- CWrzenie zachodzi w całej objętości cieczy w temperaturze wrzenia, parowanie – z powierzchni w każdej temperaturze
- DParowanie zachodzi tylko w 100 °C
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: Wrzenie zachodzi w całej objętości cieczy w temperaturze wrzenia, parowanie – z powierzchni w każdej temperaturze – Woda paruje np. z kałuży w temperaturze pokojowej, a wrze dopiero w temperaturze wrzenia, gdy w całej objętości tworzą się pęcherzyki pary.
Ile ciepła trzeba, aby 0,2 kg lodu o temperaturze 0 °C zamienić w wodę o temperaturze 20 °C (L = 334 kJ/kg, c = 4200 J/(kg·K))?
- A16,8 kJ
- B83,6 kJ
- C66,8 kJ
- D150,4 kJ
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: 83,6 kJ – Najpierw topnienie: 0,2 · 334 kJ = 66,8 kJ, potem ogrzanie wody: 0,2 · 4200 · 20 J = 16,8 kJ; razem 83,6 kJ.
Co dzieje się z ciepłem podczas skraplania pary wodnej?
- APara oddaje ciepło równe m · L
- BPara pobiera ciepło m · c · ΔT
- CNie ma wymiany ciepła
- DPara pobiera ciepło m · L
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: Para oddaje ciepło równe m · L – Skraplanie jest przemianą odwrotną do parowania, więc ciepło m · L jest oddawane.
Cały dział „Termodynamika”: ściąga i próbny sprawdzian →
Kartkówka albo sprawdzian już blisko?
Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.