Změny skupenství Při změně tělesa z pevné látky na kapalinu nebo z kapaliny na plyn se jeho vnitřní energie zvyšuje – musíme dodávat teplo (zahřívat). Při změně tělesa z plynu na kapalinu, nebo z kapaliny na pevnou látku se jeho vnitřní energie snižuje – musíme odebírat teplo (ochlazovat). Vnitřní energie pevné látky < Vnitřní energie kapaliny < Vnitřní energie plynu (nejmenší energie) (největší energie) Tání a tuhnutí Tání a tuhnutí je děj, při kterém se mění pevné skupenství látky na kapalné a naopak. Tání a tuhnutí krystalických látek probíhá při stejné teplotě.
Teplota tání a tuhnutí závisí na: - druhu látky - tlaku - čím vyšší tlak, tím je teplota tání vyšší a naopak (výjimkou je led a vizmut) Při tání látka přijme teplo, při tuhnutí naopak látka teplo odevzdá svému okolí. Skupenské teplo tání Lt je teplo, které musíme dodat tělesu z dané pevné látky zahřátého na teplotu tání, aby se přeměnilo na kapalinu téže teploty. Jednotkou je kJ. L t = m . lt
m – hmotnost tělesa (kg) lt – měrné skupenské teplo tání (kJ/kg)
Měrné skupenské teplo tání lt je teplo, které potřebuje 1kg pevné látky při teplotě tání, aby se změnil na kapalinu téže teploty. Jednotka je kJ/kg. Měrné skupenské teplo tání (lt) některých látek: hliník 399 kJ/kg led 334 kJ/kg železo 289 kJ/kg
platina olovo rtuť
113 kJ/kg 25 kJ/kg 12 kJ/kg
Vypařování Vypařování probíhá za každé teploty pouze na povrchu kapaliny. Rychlost vypařování závisí na druhu kapaliny, velikosti jejího volného povrchu, teplotě kapaliny (při vyšší teplotě probíhá vypařování rychleji) a odvodu vzniklých par. Při vypařování se kapalina ochlazuje. Var Při varu se kapalina vypařuje nejen na povrchu kapaliny, ale i uvnitř. Var probíhá v celém objemu kapaliny, ale pouze při teplotě varu. Teplota varu závisí na tlaku, který působí na kapalinu (se vzrůstajícím tlakem se teplota varu zvyšuje) a na druhu kapaliny. Teplota varu vody při normálním tlaku je 100°C. Skupenské teplo varu Lv je teplo, které musíme dodat kapalině zahřátého na teplotu varu, aby se kapalina přeměnila na páru téže teploty. Jednotkou je kJ. L v = m . lt
m – hmotnost tělesa (kg) lv – měrné skupenské teplo varu (kJ/kg)
Měrné skupenské teplo varu lv je teplo, které musíme dodat 1kg kapaliny při teplotě varu a za normálního tlaku, aby se kapalina přeměnila na páru téže teploty. Jednotkou je kJ/kg. Kapalnění Kapalnění vodní páry je opačný děj k vypařování vody Páru můžeme zkapalnit jejím stlačením nebo snížením její teploty Je-li vzduch při určité teplotě nad volným povrchem vody vodní párou nasycen (za určitou dobu přejde stejné množství molekul z povrchu vody do vzduchu a ze vzduchu do vody, nemění se objem vody ani objem vzduchu), pak při ochlazení dojde ke kapalnění vodní páry. Při kapalnění se uvolňuje teplo do okolí. Sublimace Je změna skupenství pevného na plynné. Desublimace Je změna skupenství plynného na pevné. Úkol 1 Napiš ze své zkušenosti příklady látek ve skupenství pevném, kapalném a plynném. Úloha 2 Vysvětli, co znamená, že cín má měrné skupenské teplo tání 60kJ/kg a led 340kJ/kg. Úloha 3 Proč uschne ve větrané místnosti mokrá podlaha rychleji než v nevětrané?
Úloha 4 Proč pomáhá pocení regulovat tělesnou teplotu člověka? Úloha 4 Čím se liší var vody od vypařování? Úkol 5 Na čem závisí teplota varu určité kapaliny? Úkol 6 Čím se liší var vody v otevřeném a v uzavřeném tlakovém hrnci? Úkol 7 Může voda vařit i při nižší teplotě než 100°C Úkol 8 Které podmínky musí být splněny, aby vodní pára obsažená ve vzduchu zkapalněna?
Příklad 1 Kolik tepla musíme dodat 50 g olova, abychom ho roztavili? Lt = ? kJ m = 50 g = 0,05 kg lt = 25 kJ/kg Lt = m . lt Lt = 0,05 . 25 Lt = 1,25kJ Na roztavení 50 g olova potřebujeme teplo 1,25 kJ. Příklad 2 Kolik tepla musíme dodat ledu o teplotě 0 °C a hmotnosti 10 kg, aby se roztavil na vodu o stejné teplotě? Lt = ? kJ m = 10 g lt = 334 kJ/kg Lt = m . lt Lt = 10 . 334 Lt = 3340 kJ Na roztavení 10kg ledu o teplotě 0 °C je potřeba dodat teplo 3340 kJ.
Příklad 3 Na led o hmotnosti 3 kg a teplotě 0 °C nalijeme 2 kg vody o teplotě 100 °C. Roztaje všechen led? Teplo potřebné na roztavení ledu Lt = ? kJ m = 3 kg lt = 334 kJ/kg Lt = m . lt Lt = 3 . 334 Lt = 1002 kJ Teplo, které může předat voda Q = ? kJ m = 2 kg t2 = 100 °C t1 = 0 °C c = 4,18 kJ/kg.°C Q = m . c . (t2 - t1) Q = 2 . 4,18 . (100 - 0) Q = 8,36 . 100 Q = 836 kJ Všechen led neroztaje, při ochlazení vroucí vody na 0 °C předá voda teplo 836 kJ, ale k roztavení ledu je třeba teplo 1002 kJ. Příklad 4 V mrazničce vyrábíme led o hmotnosti 5 kg a teplotě 0 °C z 5 kg vody o teplotě 10 °C. Jaké teplo: 1) je třeba odebrat vodě, aby se ochladila na 0 °C, 2) je třeba odebrat vodě, aby se přeměnila na led, 3) předá voda chladícímu zařízení? 1) Teplo odebrané vodě, aby se ochladila na 0 °C Q = ? kJ m = 5 kg t2 = 10 °C t1 = 0 °C c = 4,18 kJ/kg.°C Q = m . c . (t2 - t1) Q = 5 . 4,18 . (10 - 0) Q = 20,9 . 10 Q = 209 kJ Teplo odebrané vodě při ochlazení na 0 °C je 209 kJ. 2) Teplo odebrané vodě, aby se přeměnila na led Lt = ? kJ m = 5 kg lt = 334 kJ/kg Lt = m . lt Lt = 5 . 334 Lt = 1670 kJ Teplo odebrané vodě, aby se přeměnila na led je 1670 kJ. 3) Teplo, které předá voda chladícímu zařízení Q = Q + Lt Q = 209 + 1670 Q = 1879 kJ Teplo, které předá voda chladícímu zařízení je 1879 kJ.
Příklad 5 Do džusu o pokojové teplotě dáme 50 g ledu o teplotě -5 °C. Ten se přeměnil na vodu o teplotě 5 °C. Kolik tepla: 1) je třeba na zahřátí ledu z -5 °C na 0 °C 2) je třeba na roztavení ledu o teplotě 0 °C na vodu o stejné teplotě 3) je třeba na ohřátí vody o teplotě 0 °C na teplotu 5 °C. 1) Teplo potřebné na zahřátí ledu z -5 °C na 0 °C Q = ? kJ m = 50g = 0,05 kg t2 = 0 °C t1 = -5 °C c = 2,1 kJ/kg.°C Q = m . c . (t2 - t1) Q = 0,05 . 2,1 . (0 – (- 5)) Q = 0,105 . 5 Q = 0,521 kJ Teplo potřebné na zahřátí ledu je 0,521 kJ. 2) Teplo potřebné na roztavení ledu Lt = ? kJ m = 50 g = 0,05 kg lt = 334 kJ/kg Lt = m . lt Lt = 0,05 . 334 Lt = 16,7 kJ Teplo potřebné na roztavení ledu je 16,7 kJ. 3) Teplo potřebné na ohřátí vody na 5 °C Q = ? kJ m = 50 g = 0,05 kg t2 = 5 °C t1 = 0 °C c = 4,18 kJ/kg.°C Q = m . c . (t2 - t1) Q = 0,05 . 4,18 . (5 - 0) Q = 0,2 . 5 Q = 1 kJ Teplo potřebné na ohřátí 50g vody je 1 kJ.
