5-4熱對物質的影響

溫度

體積

狀態

狀態不變時,物體吸熱則溫度上升;物體放熱則溫度下降

熱脹冷縮

異常現象:水:4度C時,體積最小、密度最大。(但水、生鐵、銻鉍合金非如此。)

物體三態是固、液、氣態,狀態改變時,需要吸熱或放熱,但溫度沒有改變。

體積隨溫度改變的情形(不同物質會有不同的膨脹係數)
氣體最明顯、固體最不明顯

實驗

模擬溫度計實驗

燒瓶內的氣體或液體受熱時液柱先降(瓶膨脹-->液體降)後升(液體膨脹>瓶膨脹);遇冷時先升後降。

生活應用

鐵軌設置時,在鐵軌間預留空隙。橋也是一樣。(伸縮縫)

輸油管呈U字型,提供管子脹縮的空間,以免物體擠壓變形。

不小心把兵乒球弄凹,如何恢復原狀?

水的異常現象

水結冰時,體積膨脹、密度變小(冰本身是熱脹冷縮)

水4度C體積最小、密度最大。不論冬夏,最底層的水一律為4度C,因為密度最大。所以夏天湖水表面溫度較高,冬天結冰時,下層湖水的溫度較高。

基於以上兩個異常現象,水從表面先結冰

探索活動

保麗龍盒內裝鹽:冰塊1:3(冷劑:鹽水的凝固點較低,且鹽巴溶於水會吸熱),放入含有冰塊的小燒杯10分鐘,測量冰塊溫度。取出小燒杯,以酒精燈加熱並且不斷地攪拌,每隔1分鐘測量冰塊溫度1次-->得到熔化曲線

冰熔化成水,溫度不變,但狀態改變。

固體熔化時,會經歷固液共存的過程,這個階段物體吸熱,但溫度不改變,直到全部固體熔化成液體後,溫度才會繼續上升。沸騰(液氣共存)亦同。

熔化曲線

熔點與沸點

固體熔化成液體的溫度,稱為熔點。一大氣壓下,冰的熔點0度C。

液體汽化成氣體的溫度,稱為沸點。一大氣原下,水的沸點100度C。

純物質的熔點與沸點固定,混合物不固定。

熔化熱與汽化熱

一公克物質完全熔化所需要的熱量,稱為熔化熱(和凝固熱剛好相反,一個吸熱、一個放熱)。冰=80 cal/g。公式:熱量H=質量M*熔化熱Q

一公克物質完全汽化所需要的熱量,稱為汽化熱(和凝結熱剛好相反,一個吸熱、一個放熱)。水=540 cal/g。消防隊滅火時,把水柱噴灑成水霧(很小的水滴),因為成為一個個小水滴,吸熱後每個都在汽化,會吸走火場大量的熱,可以溫度降低,如果降到燃點以下,就可達到滅火的功能。

計算

基本想法

1、由一杯熱水、冷水想起

2、兩物相接觸,必達熱平衡(溫度相同)

3、熱量由高溫到低溫

4、熱量不會消失(放熱=吸熱+散熱)

5、熱量計算公式:H=MS delta T(溫度有變化) + M*Q(狀態有變化,溫度沒變化)

計算結果判斷

如果結果<0度C,表示冰塊沒有全部熔化,答案為0度C。如果結果超過100度C,表示水蒸氣沒有完全凝結,答案為100度C。

例1

加熱曲線

某生做實驗,將一質量20g的固體,放在絕熱良好的容器內,在容器內的熱源所提供的熱量為100卡/分。他所測得的溫度-時間關係曲線,如圖。假定容器本身所吸收的熱量不計,則待測物的熔化熱是?卡/克 ==> H=M*Q

有一學生做「熱對物質的影響」實驗,將20g的物體放在絕熱良好的容器內,每分鐘均供給50卡的熱量;若容器吸熱不計,所測得的結果如圖所示。從實驗結果可獲得的正確資料是:熔點/比熱/熔化熱/加熱第?分鐘可完全變成液體

用一穩定熱源,加熱於-20度C、50g的冰,經過10分鐘變成10度C的水,則此熱源每分鐘的發熱量是幾卡?(冰的比熱0.5) ==> 畫出冰塊的加熱曲線。吸熱過程有三段:冰塊吸熱、熔化過程、水吸熱。(500卡/分)

20g、0度C的冰,加熱成120度C的水蒸氣,共需加熱若干卡?(水的比熱=1、水蒸氣比熱=0.48、水的汽化熱540卡/克、冰的熔化熱80卡/克 ==> 畫出加熱曲線。吸熱過程有冰熔化、水吸熱、水汽化、水蒸氣吸熱(14592卡)

將10克0度C的冰放到絕熱杯、杯內已盛有30克40度C的水,熱平衡後,水溫多少度C?(冰的熔化熱80卡/克)10度C

30克0度C的冰 和 15克100度C的水蒸氣混合,最後溫度多少?(放熱 = 吸熱 + 放熱) T = 160度C,(溫度超過100度,表示水蒸氣沒有完全凝結