Питома теплота плавлення речовини.

Мета.

Навчальна. Ввести поняття питомої теплоти плавлення речовини. Означити її фізичний зміст. 

Розвиваюча. Розвивати фізичну компетентність.

Виховна. Виховувати культуру наукового мовлення та мислення.

Тип уроку. Комбінований.

Дидактичні матеріали:

• Підручник. Фізика 8 клас, Бар'яхтар В. Г. Довгий С. О., видавництво "Ранок"  
• Віртуальна лабораторія: “Визначення питомої теплоти плавлення льоду”.

План

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.
2. Питома теплота плавлення речовини.
3. Вчимося розв’язувати задачі.
4. Запитання до уроку.
5. Домашнє завдання.
6. Перевір себе.
7. Для допитливих.

Хід уроку

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.

Перевірка домашнього завдання.

Письмове опитування. Агрегатний стан речовини. Плавлення та кристалізація.

2. Питома теплота плавлення речовини.

Міркуємо разом.

Чи однакову кількість теплоти необхідно витратити на плавлення різних речовин однакової маси?

Питома теплота плавлення речовини. Енергетичні витрати, пов'язані з плавленням речовини, характеризують фізичною величиною, яка отримала назву питомої теплоти плавлення речовини.

Питома теплота плавлення речовини λ (лямбда) - фізична величина, що показує, яку кількість теплоти потрібно надати тілу масою 1 кг, щоб  перетворити його на рідину при температурі плавлення. [λ ]=Дж/кг . 

Дослідним шляхом встановлено, що питома теплота плавлення різних речовин - різна.

Чим більша маса речовини, яку треба розплавити, тим більша кількість теплоти для цього потрібна. Кількість теплоти, яку потрібно підвести до тіла за температури плавлення, щоб повністю його розплавити, обчислюють за формулою: Q=mλ .

Кількість теплоти, що виділяється під час тверднення (кристалізації) обчислюють за формулою: Q=-mλ .

Визначити питому теплоту плавлення тугоплавких речовин (речовин, які мають високу температуру плавлення) досить складно. А от питому теплоту плавлення легкоплавких речовин, наприклад льоду, ви можете визначити самостійно.

3. Вчимося розв’язувати задачі.

Задача 16.1. Дві металеві заготовки однакової маси по черзі поміщають у плавильну піч. На рисунку наведено графіки залежності температури заготовок від отриманої ними кількості теплоти. У якого металу питома теплота плавлення є більшою? Відповідь обґрунтуйте.

Задача 16.2. Металеву заготовку поміщають у плавильну піч. На рисунку наведено графік залежності температури заготовки від отриманої нею кількості теплоти. У якому стані (твердому чи рідкому) питома теплоємність  металу є більша? у скільки разів? Відповідь обґрунтуйте.

Задача 16.3. У калориметр з ртуттю при -39°С поклали лід при -10°С. Графік залежності температури речовини від часу зображено на малюнку. Що відбувається з ртуттю?

4. Запитання до уроку.

Запитання 16.1. Що називають питомою теплотою плавлення речовини? Як позначають? В яких одиницях вимірюють?

Запитання 16.2. Як обчислити кількість теплоти, що необхідна для плавлення речовини?

Запитання 16.3. Як обчислити кількість теплоти, що необхідна для кристалізації речовини?

Запитання 16.4. На дні посудини намерз лід. У посудину налили води. Чи зміниться рівень води в посудині після того, як весь лід розтане? Якщо зміниться, то як?

Запитання 16.5. Бурулька зазвичай має хвилясту поверхню. Що спричиняє такий ефект?

Запитання 16.6. Чи можна в чавунному казані розплавити срібло? залізо?

Запитання 16.7. З морозильної камери дістали шматок льоду і поклали на тарілку. Чому лід не відразу починає танути, адже температура в кухні значно вища від 00С?

Запитання 16.8. У каструлі з водою плаває шматок льоду. За якої умови він буде танути?

Запитання 16.9. Навіщо взимку в радіатори автомобілів заливають рідину, яка має більш низьку температуру замерзання, ніж вода?

5. Домашнє завдання.

Підручник: §12.

Усне опитування по запитаннях до уроку.

6. Перевір себе.

Тестові завдання

Запитання 15.1.Т. Теплокровне життя не завмирає навіть взимку серед снігів і льоду. Живі істоти, які здебільшого складаються з води, легко пристосовуються до змін температури навколишнього середовища, тому що вода має…

А. малу питому теплоємність.

Б. високу теплопровідність.

В. велику питому теплоємність.

Г. низьку теплопровідність.

Д. велику питому теплоту плавлення.

7. Для допитливих.

Розширюємо кругозір. Ефект Мпемби. Ефект Мпемби — парадокс, який свідчить, що гаряча вода (при деяких умовах) може замерзнути швидше, ніж холодна. Хоча при цьому вона повинна пройти температуру холодної води в процесі замерзання.

Цей феномен помічали свого часу Арістотель, Френсіс Бекон і Рене Декарт, однак лише в 1963 році танзанійський школяр Ераст Мпемба висунув вердикт, що гаряча суміш морозива замерзає швидше, ніж холодна. Він звернувся за роз'ясненнями до вчителя фізики, але той лише посміявся над учнем, сказавши таке: «Це не всесвітня фізика, а фізика Мпемби». На щастя, одного разу в школі побував Денніс Осборн, професор фізики з університету Дар-ес-Саламу. І Мпемба звернувся до нього з тим же питанням. Професор був налаштований менш скептично, сказав, що він не може судити про те, чого ніколи не бачив, і після повернення додому попросив співробітників провести відповідні експерименти. Схоже, вони підтвердили слова хлопчика. В усякому разі, в 1969 році Осборн розповів про роботу з Мпембою в журналі «Physics Education». У тому ж році Джордж Келл з канадської Національної дослідницької ради опублікував статтю з описом явища в «American Journal of Physics».

Є кілька варіантів пояснення цього парадоксу:

• Гаряча вода швидше випаровується з контейнера, зменшуючи тим самим свій об'єм, а менший об'єм води з тією ж температурою замерзає швидше. У герметичних контейнерах холодна вода повинна замерзати швидше.

• Наявність снігової підкладки в морозильній камері холодильника. Контейнер з гарячою водою розтоплював під собою сніг, покращуючи тим самим тепловий контакт із стінкою морозилки. Контейнер з холодною водою не розтоплював під собою сніг. За відсутності снігової підкладки контейнер з холодною водою повинен замерзати швидше.

• Холодна вода починає замерзати зверху, погіршуючи тим самим процеси тепловипромінювання і конвекції, а значить і віддачі тепла, тоді як гаряча вода починає замерзати знизу. При додатковому механічному перемішуванні води в контейнерах холодна вода повинна замерзати швидше.

• Наявність центрів кристалізації в охолоджуваній воді — розчинених в ній речовин. При малій кількості таких центрів перетворення води в кригу ускладнене і можливо навіть її переохолодження, коли вона залишається в рідкому стані, маючи мінусову температуру. При однаковому складі і концентрації розчинів холодна вода повинна замерзати швидше.

Але однозначної відповіді на питання — які з них забезпечують стовідсоткове відтворення ефекту Мпемби — так і не було отримано.