2. Плавлення кристалічних тіл

Як відомо, тверді тіла поділяються на кристалічні та аморфні. Найважливішою властивістю будь-якого кристалічного тіла є наявність фіксованої температури плавлення, за якої воно перетворюється в рідину, не розм’якшуючись перед цим. Щоб розплавити кристалічне тверде тіло, треба спочатку нагріти його до певної температури. В аморфних тіл фіксованої температури плавлення немає — вони починають відразу плавитись, як тільки їх почати нагрівати.

Сили взаємодії між атомами в кристалічних

ґратках різних твердих тіл не однакові, тому одні кристалічні тіла плавляться за низьких температур, інші — за високих. Лід, наприклад, плавиться за температури 0 °С, свинець — за 327 °С,  а сталь — за 1500 °С.

Температурою плавлення речовини називають температуру, за якої речовина переходить із твердого у рідкий агрегатний стан.

Дослід показує, що речовини тверднуть за тієї самої температури, за якої плавляться. Наприклад, вода кристалізується (а лід плавиться) за температури 0 °С, а чисте золото плавиться і кристалізується за 1539 °С.

Якщо нагрівати будь-яке кристалічне тіло, то можна помітити, що його температура підвищується тільки до моменту початку плавлення тіла. За весь час процесу плавлення температура тіла не змінюється, оскільки вся енергія йде на руйнування зв’язків між атомами та молекулами. За цієї температури частина тіла перебуває в рідкому, а частина — у твердому стані.

Оскільки в різних речовин атоми й молекули взаємодіють з неоднаковою силою, то для їх плавлення потрібна різна кількість теплоти. Для характеристики енергетичних затрат, пов’язаних із переходом речовини з твердого стану в рідкий, уводять фізичну величину, яка називається питомою теплотою плавлення, позначається λ .

Питома теплота плавлення — це фізична величина, що показує, яка кількість теплоти потрібна для переходу 1 кг речовини із твердого стану в рідкий за температури плавлення.

Питома теплота плавлення вимірюється в джоулях на кілограм.

Обчислення кількості теплоти. Щоб визначити кількість теплоти, необхідну для плавлення твердого тіла будь-якої маси, треба питому теплоту плавлення речовини λ помножити на масу тіла:   Q=λm.

Зворотний процес — перехід із рідкого стану в твердий — відбувається за умови, якщо рідина втрачатиме енергію. Якщо під час плавлення тверде тіло поглинає енергію, то під час тверднення — навпаки, рідина віддає енергію. Для характеристики цього процесу вводять поняття питомої теплоти кристалізації. Її фізичний зміст такий самий, як і питомої теплоти плавлення.

Отже, для перетворення 1 кг речовини із твердого стану в рідкий або навпаки — з рідкого у твердий їй потрібно отримати або віддати однакову кількість теплоти.

Процеси нагрівання і плавлення, а також зворотні процеси: охолодження і тверднення — можна зобразити графічно. Для цього по осі ординат відкладають значення температури речовини, а по осі абсцис — час, протягом якого триває процес.