سخن بزرگان
بزرگى آفريننده در انديشه‌ات، آفريده را خُرد مى‌نماياند در ديده‌ات.
امام علی (علیه السلام)

تغییر حالت‌های ماده

موادی که در اطراف ما وجود دارند معمولاً در سه حالت (فاز) جامد، مایع و گاز (بخار) یافت می‌شوند. گذار از یک حالت به یک حالت دیگر را یک تغییر حالت (گذار فاز) می‌نامند. تغییر حالت‌ها معمولاً با گرفتن و یا از دست دادن گرما همراه‌اند.
ذوب و انجماد:
تبدیل جامد به مایع را ذوب و عکس آن یعنی تبدیل مایع به جامد را انجماد می‌گویند.
تبخیر و میعان:
تبدیل مایع به گاز را تبخیر و عکس آن یعنی تبدیل گاز به مایع را میعان یا چگالش بخار به مایع می‌گویند.
تصعید و چگالش:
امکان دارد که تغییر حالت از جامد به بخار و وارون آن از بخار به جامد به طور مستقیم و بدون گذر از حالت مایع صورت گیرد. تبدیل مستقیم جامد به گاز را تصعید و عکس آن یعنی تبدیل مستقیم گاز به جامد را چگالش یا چگالش بخار به جامد می‌گویند. برای مثال، نفتالین در دمای اتاق به طور مستقیم از جامد به بخار تبدیل می‌شود، یا در صبح‌های بسیار سرد زمستان، برفکی که روی گیاهان و یا روی شیشهٔ پنجره می‌نشیند، بخار آبی است که به طور مستقیم به بلورهای یخ تبدیل شده است.
تگرگ و برف دو نمونه از حالت جامد آب هستند که از بخار آب موجود در هوا ایجاد می‌شوند با این تفاوت که در تشکیل تگرگ، دمای هوا در ابتدا بالای نقطۀ انجماد آب است و با کاهش دما در ابتدا میعان رخ می‌دهد و بخار به باران و مه و شبنم تبدیل می‌شود و با سردتر شدن هوا، این آب به شکل تگرگ یخ می‌زند اما در تشکیل برف دمای هوا در همان ابتدا زیر نقطۀ انجماد آب است و چگالش رخ می‌دهد و بخار آب مستقیماً از حالت گازی به حالت جامد می‌رود. همین موضوع باعث می‌شود دانه‌های برف ساختار متقارن شش وجهی داشته باشند.
تغییر حالت‌های ماده
تألیفی

1 تبدیل مستقیم جامد به گاز را ............ می‌گویند. این فرایند همچون فرایندهای ............ و ............ گرماگیر است.

  1.   چگالش _ ذوب _ میعان    
  2.   تصعید _ ذوب _ تبخیر    
  3.   چگالش _ انجماد _ تبخیر    
  4.   تصعید _ انجماد _ میعان    

پاسخ: گزینۀ 2
فرایندهای تصعید، ذوب و تبخیر گرماگیر و فرایندهای چگالش، انجماد و میعان گرماده هستند.

تغییر حالت جامد_مایع:

اگر به جسم جامدی گرما دهیم، دمای آن افزایش می‌یابد. اگر عمل گرما دادن را برای جامدهای خالص و بلورین ادامه دهیم، وقتی دمای جسم به مقدار مشخصی برسد، افزایش دما متوقف می‌شود و دما ثابت باقی می‌ماند. در این حالت، جسم شروع به ذوب شدن می‌کند و به مایع تبدیل می‌شود. این دمای ثابت را نقطهٔ ذوب یا دمای گذار جامد به مایع می‌نامند، که به جنس جسم و فشار وارد بر آن بستگی دارد.
برخلاف جامدهای خالص و بلورین، جامدهای بی‌شکل مانند شیشه و جامدهای ناخالصی مانند قیر نقطهٔ ذوب کاملاً مشخصی ندارند. در واقع وقتی این مواد را گرم می‌کنیم، پیش از ذوب شدن خمیری شکل می‌شوند. این مواد در گستره‌ای از دما به تدریج ذوب می‌شوند.
معمولاً افزایش فشار وارد بر جسم سبب بالا رفتن نقطهٔ ذوب جسم می‌شود. اما در برخی مواد مانند یخ، افزایش فشار به کاهش نقطه ذوب می‌انجامد که این در مورد یخ بسیار ناچیز است یعنی برای افزایش جزئی نقطهٔ ذوب یخ به کاهش فشار زیادی نیاز است.
به استثنای چند مورد خاص، حجم جامدهای بلوری هنگام ذوب شدن افزایش می‌یابد؛ زیرا مولکول‌های بلور در حالت جامد آرایش منظم‌تری نسبت به حالت مایع دارند.
تألیفی

2 کدام گزینه درست است؟

  1.   وقتی به جسمی گرما می‌دهیم دمای آن حتماً بالا می‌رود.    
  2.   جامدهای بی‌شکل مانند شیشه و جامدهای ناخالصی مانند قیر نقطهٔ ذوب کاملاً مشخصی ندارند.    
  3.   افزایش فشار وارد بر یخ سبب بالا رفتن نقطهٔ ذوب آن می‌شود.    
  4.   حجم جامدهای بلوری هنگام ذوب شدن کاهش می‌یابد.    

پاسخ: گزینۀ 2
گزینۀ 1: وقتی به جسمی گرما می‌دهیم دمای آن افزایش می‌یابد تا زمانی که به دمای ذوبش برسد. سپس افزایش دما متوقف می‌شود و دما ثابت باقی می‌ماند تا زمانی که تغییر حالت بدهد.
گزینۀ 3: نقطهٔ ذوب به جنس جسم و فشار وارد بر آن بستگی دارد. معمولاً افزایش فشار وارد بر جسم سبب بالا رفتن نقطهٔ ذوب آن می‌شود. اما در برخی مواد مانند یخ، افزایش فشار به کاهش نقطه ذوب می‌انجامد.
گزینۀ 4: به استثنای چند مورد خاص، حجم جامدهای بلوری هنگام ذوب شدن افزایش می‌یابد.
گرمای نهان ذوب:
عمل ذوب، فرایندی گرماگیر است (Q>0) یعنی به جسم جامدی که به دمای ذوب خود رسیده باشد باید گرما بدهیم تا به مایع تبدیل شود، زیرا مولکول‌های جامد باید از ساختار صلب قبلی خود رها شوند. این گرما، دمای جسم را تغییر نمی‌دهد و فقط سبب تغییر حالت آن می‌شود.
انجماد یک مایع و تبدیل آن به یک جامد، عکس فرایند ذوب شدن است. انجماد فرایندی گرماده است (Q<0) یعنی جسم مایع باید گرما از دست بدهد تا بدون تغییر دما به حالت جامد تبدیل شود.
گرمای منتقل شده برای تغییر حالت جسم از جامد به مایع یا از مایع به جامد، با جرم جسم نسبت مستقیم دارد. نسبت این گرما به جرم جسم را گرمای نهان ویژهٔ ذوب، یا به اختصار گرمای نهان ذوب می‌نامیم و آن را با LF نشان می‌دهیم. در واقع گرمای نهان ذوب، مقدار گرمایی است که باید به یک کیلوگرم از جسمی در دمای ذوب آن بدهیم تا بدون افزایش دما ذوب شود.
LF=Qm
گرمای نهان ذوب بستگی به جنس جسم دارد و یکای آن در SI (Jkg) است.
وقتی تغییر فاز از جامد به مایع انجام می‌شود، جسم گرما می‌گیرد (Q>0):
Q=+mLF
وقتی تغییر فاز از مایع به جامد انجام شود، جسم گرما از دست می‌دهد (Q<0):
Q=-mLF
یکا و اعداد
336000=80×4200=160×2100
تألیفی

3 گرمایی که یک کیلوگرم یخ -10 درجۀ سلسیوس را به آب 10 درجۀ سلسیوس تبدیل می‌کند چند کیلو ژول است؟ (cیخ=2100 Jkg.K، cآب=4200 Jkg.K، LF=334×103 Jkg)

  1.  
    493
       
  2.  
    450
       
  3.  
    355
       
  4.  
    397
       

پاسخ: گزینۀ 4
یخ(10 °C)  Q1  یخ(0 °C)  Q2  آب(0 °C)  Q3  آب(10 °C)

گرمای خواسته شده را در سه مرحله حساب می‌کنیم:
مرحلۀ اول گرمایی است که یخ -10 درجه می‌گیرد تا به یخ صفر درجه تبدیل شود:
Q1=mcیخΔθ=1×2100×010=21000 J

مرحلۀ دوم گرمایی است که یخ صفر درجه می‌گیرد تا بدون افزایش دما تغییر حالت بدهد و به آب صفر درجه تبدیل شود:
Q2=mLF=1×334000=334000 J

مرحلۀ سوم گرمایی است که آب صفر درجه می‌گیرد تا به آب 10 درجه تبدیل شود:
Q3=mcآبΔθ=1×4200×100=42000 J
Qکل=Q1+Q2+Q3
Qکل=21000+334000+42000=397000 J
Qکل=397 kJ
تألیفی

4 توسط یک گرمکنِ 10 W به جسم جامدی به جرم 0/5 kg با توان ثابت گرما می‌دهیم. نمودار دما_زمان آن به صورت زیر است. گرمای نهان ذوب جسم چند واحد SI است؟

  1.  
    2000
       
  2.  
    4000
       
  3.  
    6000
       
  4.  
    8000
       

پاسخ: گزینۀ 3
در 300 ثانیۀ اول دمای جسم افزایش پیدا کرده است اما در 300 ثانیۀ دوم دما تغییر نکرده یعنی در این بازه جسم در حال تغییر حالت و ذوب شدن بوده است:
P=Qt=mLFt
10×300=0/5×LF
LF=6000 Jkg

اگر گرمای ویژۀ جسم را خواسته بود باید گرما در 300 ثانیۀ اول را بررسی می‌کردیم:
P=Qt=mcΔθt
10×300=0/5×c×80-20
c=100 Jkg.°C
ریاضی 89 خارج کشور

5 یک کیلوگرم یخ و 4 کیلوگرم آب در فشار یک جو در تعادل حرارتی قرار دارند. به این مجموعه 546 کیلوژول گرما می‌دهیم. بعد از رسیدن به تعادل، دمای آب به چند درجۀ سلسیوس می‌رسد؟ (‎c=4200 Jkg.K‏، ‎LF=336 kJkg)

  1.   صفر    
  2.  
    10
       
  3.  
    40
       
  4.  
    100
       

پاسخ: گزینۀ 2
چون آب با یخ در تعادل هستند پس دمای اولیه صفر درجۀ سلسیوس است.
گرمای داده شده ابتدا شروع به ذوب کردن یخ می‌کند، اگر این مقدار گرما توانست کل یخ را ذوب کند، گرمای باقی‌مانده صرف بالا بردن دمای آب می‌شود. حالا گرمای لازم برای ذوب شدن یخ را حساب می‌کنیم:
Q=mLF=1×336=336 kJ

گرمای باقی‌مانده بعد از ذوب یخ برابر است با:
546-336=210 kJ

یک کیلوگرم آب حاصل از ذوب شدن یخ به 4 کیلوگرم آب که از ابتدا وجود داشت اضافه شده است. یعنی باقی‌ماندۀ گرما باید دمای 5 کیلوگرم آب صفر درجۀ سلسیوس را بالا ببرد:
Q=mcΔθ210×103=5×4200×θ-0
θ=10 °C
تجربی 91 خارج کشور

6 800 گرم یخ صفر درجۀ سلسیوس را با 800 گرم آب 60 درجۀ سلسیوس مخلوط می‌کنیم. اگر فقط بین یخ و آب تبادل گرما صورت گیرد و cآب=4200 Jkg.K و LF=336000 Jkg باشد، تا برقراری تعادل چند کیلوگرم آب صفر درجۀ سلسیوس ایجاد می‌شود؟

  1.  
    0/2
       
  2.  
    0/6
       
  3.  
    1/2
       
  4.  
    1/4
       

پاسخ: گزینۀ 4
دمای تعادل صفر درجۀ سلسیوس است. برای رسیدن به این دما 800 گرم آب 60 درجه باید به صفر درجه سلسیوس برسد و همچنین کل و یا مقداری یخ ذوب شود. اگر جرم یخ ذوب شده را m درنظر بگیریم:
mآب=800 g=0/8 kg
800 g(آب 60 °C)  Q  800 g(آب 0 °C)
m g(یخ 0 °C)  Q  m g(آب 0 °C)
Q+Q=mcΔθ+mLF=0
0/8×4200×060+m×336000=0
m=0/6 kg

یعنی 0/6 kg آب به 0/8 kg آب موجود در ظرف اضافه می‌شود و در نهایت 1/4 kg آب صفر درجۀ سلسیوس در ظرف داریم.
ریاضی 88

7 حداقل چند گرم یخ -20 °C را داخل 200 گرم آب صفر درجۀ سلسیوس بیندازیم تا آب یخ ببندد؟ (LF=336 kJkg، cیخ=2100 Jkg.K)

  1.  
    160
       
  2.  
    360
       
  3.  
    1200
       
  4.  
    1600
       

پاسخ: گزینۀ 4
در این مسئله آب صفر درجۀ سلسیوس داریم که گرما از دست خواهد داد و دمایش پایین خواهد آمد و در مقابل یخ -20 درجۀ سلسیوس داریم که گرما می‌گیرد و دمایش بالا می‌رود.
m وزن یخی است که باید گرمای 200 گرم آب صفر درجۀ سلسیوس را بگیرد و آن را به طور کامل به یخ تبدیل کند:
mآب=200 g=0/2 kg
200 g(آب 0 °C)  Q  200 g(یخ 0 °C)
m g(یخ 20 °C)  Q  m g(یخ 0 °C)
Q+Q=mآبLF+mcیخΔθ=0
0/2×336000+m×2100×020=0
2×8×4200=4200×10×m
m=1/6 kg=1600 g
تحلیل در مسائل تعادل گرمایی اجسامی که دمای بالاتری دارند گرما از دست می‌دهند و دمایشان پایین می‌آید و اجسامی که دمای پایین‌تری دارند آن گرما را می‌گیرند و دمایشان بال می‌رود تا اینکه به تعادل برسند و در این مسیر ممکن است تغییر حالت نیز بدهند. در بعضی مسائل وضعیت نهایی تعادل مشخص نیست؛ برای مثال مقداری آب با دمای θw را با مقداری یخ با دمای θi مخلوط می‌کنیم اما نمی‌دانیم بعد از برقراری تعادل چه مقدار آب و یخ و با چه دمایی خواهیم داشت. در این گونه موارد برای تعیین حالت نهایی، گرمای مبادله شدۀ اجسام به ترتیبِ فرایندهایی که طی می‌کنند را حساب و با هم مقایسه می‌کنیم. گرمای هر فرایند که بیشتر باشد، بر گرمای فرایند جسم دیگر غلبه می‌کند؛ یعنی باعث می‌شود فرایند جسم دیگر به طور کامل انجام شود. با یک مثال موضوع را بیشتر روشن می‌کنیم:
یک قطعه 1 کیلوگرمی یخ -10 درجۀ سلسیوس را درون 2 کیلوگرم آب 10 درجۀ سلسیوس می‌اندازیم تا به تعادل برسند. (cآب=4200 Jkg.K، cیخ=2100 Jkg.K، LF=336000 Jkg)
برای تعیین وضعیت نهایی به شکل زیر عمل می‌کنیم:
آب گرما از دست می‌دهد و یخ گرما می‌گیرد. اولین فرایندی که آب طی می‌کند، رسیدن به دمای صفر درجۀ سلسیوس است. گرمای این فرایند برابر است با:
2 kgآب 10 °C  Q1  2 kgآب 0 °C
Q1=mآبcآبΔθ=2×4200×0-10=-84000 J
در مقابل یخ را داریم که اولین فرایندی که طی می‌کند رسیدن به دمای صفر درجۀ سلسیوس است. گرمای این فرایند برابر است با:
1 kgیخ -10 °C  Q1  1 kgیخ 0 °C
Q1=mیخcیخΔθ=1×2100×0--10=21000 J
همانطور که مشاهده می‌کنید اندازۀ گرمایی که آب از دست می‌دهد بیشتر از اندازۀ گرمایی است که یخ می‌گیرد (Q1>Q1)، یعنی در این فرایند آب بر یخ غلبه می‌کند و مقدار گرمای باقی‌مانده (84-21=63 kJ) صرف فرایند دوم یخ می‌شود. دومین فرایندی که یخ طی می‌کند تغییر حالت و ذوب شدن است. حالا حساب می‌کنیم این مقدار گرما چه مقدار از یخ را می‌تواند ذوب کند:
m kgیخ 0 °C  Q2=63 kJ  m kgآب 0 °C
Q2=mLF63000=m×336000
m=0/1875 kg=187/5 g
گرمای باقی‌مانده نتوانست کل یخ را ذوب کند و فقط 187/5 گرم از آن را ذوب کرد. پس دمای تعادل صفر درجۀ سلسیوس است زیرا مخلوطی از 2187/5 گرم آب و 812/5 گرم یخ داریم.
تجربی 94 خارج کشور

8 100 گرم یخ صفر درجۀ سلسیوس را داخل 400 گرم آب 30 درجۀ سلسیوس می‌اندازیم. اگر فقط بین آب و یخ تبادل گرما صورت گیرد، پس از برقراری تعادل گرمایی، دمای آب چند درجۀ سلسیوس می‌شود؟ (LF=336000 Jkg‏، cآب=4200 Jkg.K)

  1.   صفر    
  2.  
    4
       
  3.  
    8
       
  4.  
    12
       

پاسخ: گزینۀ 3
ابتدا مقدار گرمایی که آب از دست می‌دهد تا به دمای صفر درجۀ سلسیوس برسد را حساب می‌کنیم:
mآب=400 g=0/4 kg
Q1=mآبcآبΔθ=0/4×4200×030=50400 J

حالا مقدار گرمایی که یخ می‌گیرد تا ذوب شود را حساب می‌کنیم:
mیخ=100 g=0/1 kg
Q1=mیخLF=0/1×336000=33600 J

Q1>Q1 در نتیجه یخ به طور کامل ذوب می‌شود و 500 گرم آب صفر درجه خواهیم داشت و گرمای باقی مانده صرف افزایش دمای این مقدار آب خواهد شد:
Q1Q1=5040033600=16800 J
Q1Q1=mآبcآبΔθ
16800=0/5×4200×ΔθΔθ=8 °C
Δθ=θ0=8θ=8 °C

تغییر حالت مایع_بخار:

تبدیل مایع به بخار یا همان تبخیر به دو شکل ممکن است انجام شود. یکی تبخیر سطحی و دیگری جوشیدن است که به توضیح آنها می‌پردازیم:
تبخیر سطحی:
خشک شدن لباس خیسی که روی بند رخت آویخته شده است، یا خشک شدن سریع یک زمین خیس در هوای گرم تابستان مثال‌هایی از تبخیر سطحی هستند. تبخیر سطحی در هر دمایی رخ می‌دهد یعنی تا پیش از رسیدن به نقطهٔ جوش مایع، تبخیر به طور پیوسته از سطح مایع رخ می‌دهد. علت این پدیدهٔ این است که تندی برخی از مولکول‌های مایع به حدی می‌رسند که می‌توانند از سطح مایع فرار کنند.
عواملی همچون جنس مایع، دما، مساحت سطح مایع، فشار وارد بر مایع و وزش باد بر آهنگ رخ دادن این پدیده مؤثر هستند.
آهنگ تبخیر سطحی با دما، مساحت سطح مایع و وزش باد نسبت مستقیم و با فشار وارد بر مایع نسبت عکس دارد.
وقتی داخل کوزۀ سفالی آب می‌ریزیم، مقداری از این آب داخل دیوارۀ کوزه نفوذ می‌کند و پدیدۀ تبخیر سطحی باعث تبخیر مقداری از این آب می‌شود. این آب تبخیر شده مقداری از گرمای مورد نیاز خود برای تبخیر را از آب داخل کوزه می‌گیرد و باعث خنک شدن آن می‌شود.
عرق کردن یکی از راه‌هایی است که بدن انسان گرمای خود را از دست می‌دهد. عرق کردن سبب می‌شود که لایهٔ آبی روی پوست بدن تشکیل شود. این لایهٔ آب با جذب گرمای مورد نیاز برای تبخیر سطحی از بدن، بدن را خنک می‌کند.
جوشیدن:
وقتی مایعی را روی اجاقی قرار می‌دهیم، با گرم کردن مایع به دمای مشخصی می‌رسیم که در آن حباب‌های گاز از درون مایع بالا می‌آیند، که نشان از آغاز فرایندی موسوم به جوشیدن است. به این دمای مشخص، نقطهٔ جوش می‌گویند. در مورد آب، به محض اینکه حباب‌ها بالا می‌آیند به آب کمی سردتر می‌رسند و پیش از رسیدن به سطح آزاد آب با صدای تیزی فرو می‌پاشند و در آنجا دوباره به مایع تبدیل می‌شوند. ولی وقتی دمای آب همچنان بالا برود، حباب‌ها می‌توانند بیشتر بالا بروند تا اینکه سرانجام به سطح آزاد آب می‌رسند و در آنجا با صدای دیگری که به آن «غلغل کردن» می‌گویند فرو می‌پاشند. در این حالت است که می‌گوییم آب به «جوش کامل» رسیده است و آهنگ تبخیر به بیشترین مقدار خود می‌رسد. دمای جوش برای آب خالص در فشار جو متعارف (1 atm100 °C است. در جوشیدن، کل مایع در فرایند تبخیر شرکت می‌کند.
به فرایند تبخیر تا پیش از رسیدن به نقطهٔ جوش، تبخیر سطحی و به فرایند تبخیر در نقطهٔ جوش، اصطلاحاً جوشیدن می‌گویند، در حالیکه هر دو فرایند، تبخیرند.
نقطهٔ جوش هر مایع به جنس و فشار وارد بر آن بستگی دارد. افزایش فشار وارد بر مایع سبب بالا رفتن نقطهٔ جوش آن می‌شود. برای مثال در درون دیگ زودپز، با افزایش بخار آب، فشار وارد بر روی سطح مایع درون دیگ و در نتیجه نقطهٔ جوش افزایش می‌یابد و بنابراین مواد درون زودپز در دمای بالاتر و سریع‌تر پخته می‌شود. برعکس این موضوع در ارتفاعات رخ می‌دهد؛ در ارتفاعات، فشار هوا پایین‌تر است و بنابراین نقطهٔ جوش پایین می‌آید و غذا دیرتر پخته می‌شود.
از تفاوت نقطهٔ جوش اجسام مختلف در صنعت، استفادهٔ زیادی می‌شود. اجزای تشکیل دهندهٔ یک محلول چند جزئی مانند نفت خام نقطه‌های جوش متفاوتی دارند، به طوری که سنگین‌ترین آنها بالاترین نقطهٔ جوش و سبک‌ترین آنها کمترین نقطهٔ جوش را دارند. وقتی نفت خام را چنان حرارت دهیم که ناگهان همهٔ اجزای آن تبدیل به بخار گردد و سپس آنها را سرد کنیم تا به مایع تبدیل شوند، اجزای مختلف نفت خام با نقاط جوش مختلف را می‌توان در یک ستون تقطیر از هم جدا کرد. سبک‌ترین محصولات با پایین‌ترین نقطهٔ جوش از بالای ستون و سنگین‌ترین محصولات با بالاترین نقطهٔ جوش از پایین ستون خارج می‌شود.
کاربرد تفاوت نقطهٔ جوش اجسام مختلف در صنعت
تألیفی

9 کدام گزینه نادرست است؟

  1.   به فرایند تبخیر تا پیش از رسیدن به نقطهٔ جوش، تبخیر سطحی می‌گویند.    
  2.   افزایش فشار وارد بر مایع سبب بالا رفتن نقطهٔ جوش آن می‌شود.    
  3.   آهنگ تبخیر سطحی با فشار وارد بر مایع نسبت مستقیم دارد.    
  4.   در جوشیدن بر خلاف تبخیر سطحی، کل مایع در فرایند تبخیر شرکت می‌کند.    

پاسخ: گزینۀ 3
گزینۀ 3: آهنگ تبخیر سطحی با دما، مساحت سطح مایع و وزش باد نسبت مستقیم و با فشار وارد بر مایع نسبت عکس دارد.
گرمای نهان تبخیر:
عمل تبخیر، فرایندی گرماگیر است (Q>0) یعنی جسم مایع باید گرما بگیرد تا به بخار تبدیل شود.
میعان، عکس فرایند تبخیر است. میعان فرایندی گرماده است (Q<0) یعنی بخار باید گرما از دست بدهد تا به حالت مایع تبدیل شود. مثلاً یکی از عواملی که موجب می‌شود در هوایی که رطوبت آن زیاد است، احساس گرمای بیشتری بکنیم، همین میعان بخار آب روی بدنمان است.
گرمای منتقل شده برای تبخیر هر مایع با جرم آن نسبت مستقیم دارد. نسبت این گرما به جرم مایع بخار شده را گرمای نهان ویژه تبخیر می‌نامیم که برای سادگی گرمای نهان تبخیر نامیده می‌شود و آن را با LV نشان می‌دهیم. در واقع گرمای نهان تبخیر، مقدار گرمایی است که باید به یک کیلوگرم از جسمی در نقطهٔ جوش آن بدهیم تا بدون افزایش دما تبخیر شود.
LV=Qm
گرمای نهان تبخیر هر مایع به جنس و دمای آن بستگی دارد و یکای آن در SI ژول بر کیلوگرم (Jkg) است.
با افزایش دما گرمای نهان تبخیر کاهش می‌یابد زیرا با افزایش دما ، فاصلهٔ بین مولکولی افزایش و نیروی چسبندگی بین مولکول‌ها کاهش می‌یابد و مولکول‌ها ساده‌تر می‌توانند از سطح آزاد مایع بگریزند و به گرمای کمتری برای این امر نیاز است و بالعکس.
وقتی تغییر فاز از مایع به گاز انجام می‌شود، جسم گرما می‌گیرد (Q>0):
Q=+mLV
وقتی تغییر فاز از گاز به مایع انجام شود، جسم گرما از دست می‌دهد (Q<0):
Q=-mLV
در فرایندهای تغییر حالت (تغییر فاز) دما تغییر نمی‌کند، اما انرژی درونی ماده تغییر می‌کند. زیرا پیش از آنکه گرما صرف جنبش مولکول‌ها (افزایش دما) شود باید صرف کندن مولکول‌ها (تغییر حالت) شود.
یکا و اعداد
2268000=540×4200=540×2×2100
تألیفی

10 کدام گزینه نادرست است؟

  1.   میعان، عکس فرایند تبخیر و فرایندی گرماده است.    
  2.   با افزایش دما گرمای نهان تبخیر کاهش می‌یابد زیرا با افزایش دما، فاصلهٔ بین مولکولی افزایش می‌یابد.    
  3.   گرمای منتقل شده برای تبخیر هر مایع با جرم آن نسبت مستقیم دارد.    
  4.   در فرایندهای تغییر حالت انرژی درونی ماده تغییر نمی‌کند.    

پاسخ: گزینۀ 4
گزینۀ 3: در فرایندهای تغییر حالت دما تغییر نمی‌کند، اما انرژی درونی ماده تغییر می‌کند. زیرا پیش از آنکه گرما صرف جنبش مولکول‌ها (افزایش دما) شود باید صرف کندن مولکول‌ها (تغییر حالت) شود.
تألیفی

11 یک گرمکن با توان 36 kW، یک کیلوگرم یخ صفر درجۀ سلسیوس را در چند ثانیه به طور کامل به بخار آب 100 °C تبدیل می‌کند؟ (‎cآب=4200 Jkg.K‏، ‎LF=336000 Jkg‏، ‎LV=2268000 Jkg)

  1.  
    92
       
  2.  
    84
       
  3.  
    72
       
  4.  
    36
       

پاسخ: گزینۀ 2
1 kgیخ 0 °C  Q1  1 kgآب 0 °C
Q1=mLF=1×336=336 kJ=8×42 kJ
1 kgآب 0 °C  Q2  1 kgآب 100 °C
Q2=mcΔθ=1×4/2×100=10×42 kJ
1 kgآب 100 °C  Q3  1 kgبخار 100 °C
Q3=mLV=1×2268=54×42 kJ
QT=Q1+Q2+Q3=72×42 kJ
P=Qtt=QP
t=72×42×10336×103=84 s
تألیفی

12 90 گرم آب 40 °C را با چند گرم بخار آب 100 °C مخلوط کنیم تا بعد از تعادل فقط آب 100 °C داشته باشیم؟ (cآب=4200 Jkg.K، ‎LV=2268000 Jkg)

  1.  
    10
       
  2.  
    15
       
  3.  
    20
       
  4.  
    25
       

پاسخ: گزینۀ 1
تمام بخار باید به آب تبدیل شود. در واقع می‌خواهیم حساب کنیم 90 گرم آب 40 °C، چند گرم بخار 100 °C سلسیوس را به آب تبدیل می‌کند:
90 g(آب 40 °C)  Q  90 g(آب 100 °C)
Q=mcΔθ=0/09×4200×60
m g(بخار 100 °C)  Q  m g(آب 100 °C)
Q=mLV=m×2268000
Q=Q0/09×4200×60=m×2268000
m=0/01 kg=10 g

بعدیقبلی

هیچ نظری ثبت نشده

×


تست‌های کنکور‌های سراسری درس فیزیک رشته ریاضی
مشاهده
تست‌های تألیفی درس فیزیک رشته ریاضی و تجربی
مشاهده
تست‌های کنکور‌های سراسری درس فیزیک رشته تجربی
مشاهده