Smältning: från fast till flytande
FörberedandeFysik
Vi inleder med ett vardagligt exempel och tar lite is ut ur frysskåpet. Eftersom temperaturen i isen är lägre än i luften i köket kommer värme att föras över från luften till isen, och temperaturen i isen kommer att gradvis öka. När den har nått \displaystyle 273K (motsvarande \displaystyle 0^\circ C ) i en del av isen kommer temperaturökningen att stanna upp i den delen medan den smälter till vatten. Under denna fasomvandling ges det värme som förs till isen av:
där \displaystyle m är den massa is som omvandlas till vatten, och
är smältvärmet eller smältentalpin.
Entalpi kan sägas vara 'värme överfört vid konstant tryck'.
För att omvandla 1,0kg is till vatten vid atmosfärstryck krävs
\displaystyle Q=mh_{smält}=334kJ
vilket är mycket mindre än det värme som skulle behövas för att koka vattnet till ånga.
| Temperatur | Smältvärme | ||
|---|---|---|---|
| is | 273 K | 0 °C | 334 kJ/kg |
| järn | 1813 K | 1540 °C | 276 kJ/kg |
| koppar | 1356 K | 1083 °C | 205 kJ/kg |
| smör | ca 300 K | ca 27 °C | 53 kJ/kg |
Isen har en ordnad struktur med mycket mellanrum.
I flytande vatten kan molekylerna komma närmare varandra.
Det finns tydliga skillnader mellan vätskan, vattnet och det fasta materialet is.
Om vi häller lite vatten i olika bägare, ser vi att vattnet har en bestämd volym men anpassar sin form till formerna hos de olika bägarna. Det blir grundare i en bred bägare och djupare i en smal bägare.
Det fasta materialet is har däremot en given form.
Tar vi iskuber ut ur frysskåpet förblir de just kuber tills de börjar smälta. Fast material har både bestämd form och bestämd volym.
När is smälter i kontakt med varm luft (snarare än underlaget) avrundas kanterna, eftersom värme sprider sig snabbare när det kan komma åt från flera håll.
Det är faktiskt lite svårt att få värme och temperatur att fördela sig jämnt i det fasta materialet is, medan vi lätt kan röra om i flytande material(fluider) som vätska, vatten och gasen vattenånga.
De fysikaliska egenskaperna hos olika fasta material är mycket beroende av de mer eller mindre stela strukturerna som atomerna ligger i. Metaller har till exempel en gitterstruktur och höga ledningsförmågor.
Läs mer om värmeutvidgning på hemsidan "Skolkemi" en lärresurs från Umeå universitet
Läs mer om is, vatten och vattenånga och se animeringar från Visionlearning
