Температура плавления и удельная теплота плавления некоторых веществ.

Дата:23.04.2020

Группа: ОП-113

Урок: 45-46

Дисциплина: Физика

Тема урока: Кристаллизация и деформация твердых тел

Домашнее задание: заполнить таблицу в тетради, Ответить на теоритические вопросы, решить задачи.

ТВЕРДЫЕ ТЕЛА

Кристаллические тела.

Процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое при температуре плавления называют плавлением. Обратный процесс - называют отвердиванием или кристаллизацией.

Q = m* l

l - удельная теплота плавления.

Кристаллы - это твёрдые тела, атомы или молекулы которых занимают определённые, упорядоченные положения в пространстве.

Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла называют анизотропией. Пример, слюда.

Твёрдое тело, состоящее из большого числа маленьких кристалликов, называют поликристаллическим (металлы, сахар). Одиночные кристаллы называют монокристаллами.

К свойствам твердых тел относятся: упругость, пластичность, хрупкость.

Аморфные тела.

Аморфные тела занимают промежуточное положение между кристаллическими твёрдыми телами и жидкостями. У аморфных тел нет строгого порядка в расположении атомов, только ближайшие атомы в определённом порядке. Строгой повторяемости по всем направлениям, характерной для кристаллов нет (стекло, смола, канифоль, сахарный леденец). Аморфные тела при низких температурах по свойствам напоминают твёрдые тела. По мере повышения температуры постепенно размягчаются и их свойства всё более приближаются к свойствам жидкостей. Определенной температуры плавления у аморфных тел нет.

Виды деформации твердых тел.

Деформацией называется изменение формы или объема тела.

Деформации, которые полностью исчезают после прекращения действия внешних сил, называются упругими(пружины, стальные шарики, резиновый шнур).

Деформации, которые не исчезают после прекращения внешних сил, называются пластическими (глина, воск, свинец).

Упругие деформации делятся на:

а) Деформация растяжения (сжатия). Деформацию растяжения испытывают тросы, канаты, цепи в подъемных устройствах, стяжки между вагонами. Деформацию растяжения испытывают тросы, канаты, цепи в подъемных устройствах, стяжки между вагонами. Деформацию растяжения (сжатия) характеризуют абсолютным и относительным удлинением D ℓ = ℓ-ℓ₀, где

D ℓ - абсолютное удлинение, м;

ℓ - начальная длина, м;

ℓ₀ – конечная длина, м.

- относительное удлинение.

b) Деформация сдвига. Деформацию, при которой происходит смещение слоев тела относительно друг друга, называют деформацией сдвига. Деформациям сдвига подвергнуты все балки в местах опор, заклепки, болты скрепляющие детали. Сдвиг на большие углы может привести к разрушению – срезу. Срез происходит при работе ножниц, долота, зубьев пилы.

с) Изгиб и кручение. Изгиб – более сложный вид деформации, который испытывают например, нагруженная балка. Кручение происходит при завертывании болтов, вращении валов машин, сверл.

Механические свойства твердых тел.

Механическим напряжением называют отношение модуля силы упругости к площади поперечного сечения:

Закон Гука:

При малых деформациях напряжение прямо пропорционально относительному удлинению: s = Е* e., где Е – модуль упругости или модуль Юнга. Модуль Юнга характеризует сопротивляемость материала упругой деформации растяжения или сжатия. Чем больше модуль Юнга, тем меньше деформируется тело.

Закон Гука запишем в другом виде:

Þ Þ

если обозначить где, k - жесткость тела.

Максимальное напряжение s _пред при котором еще выполняется закон Гука называют пределом пропорциональности.

Максимальное напряжение s _уп при котором еще не возникают заметные остаточные деформации, называют пределом упругости.

Предел упругости превышает предел пропорциональности лишь на сотые доли процента.

Предел прочности.

При постройке машин и сооружений всегда создают запас прочности. Запасом прочности называется величина , показывающая, во сколько раз разрушающая нагрузка в самом напряженном месте конструкции, больше чем фактическая максимальная нагрузка. Разрыв материала происходит после того, как напряжение достигает максимального значения, называемого пределом прочности (исследуемый образец растягивается без увеличения внешней нагрузки вплоть до разрушения).

Диаграмма разрушения полученная экспериментально, дает достаточно полную информацию о механических свойствах материала и позволяет оценить его прочность.

Заполните таблицу:

Физическая величина	Обозначение	Единицы измерения
Удельная теплота плавления Теплота плавления Длина Абсолютное удлинение Относительное удлинение Механическое напряжение Сила Площадь Модуль упругости (модуль Юнга) Жесткость

Решите задачи:

1. Чугунный цилиндр массой 100 г, нагретый до температуры 100⁰С, поставлен на лед, имеющий температуру 0⁰С, какое количество льда расплавится под цилиндром, когда он остынет до 0⁰С?

2. Под действием какой силы, направленной вдоль оси стержня, в нем возникает напряжение 150 Мпа. Диаметр стержня равен 0,4 см.

3. Какой запас прочности имеет стальной стержень с площадью поперечного сечения 3 см², к которому подвешен груз массой 7,5 т, если разрушающее напряжение для данной марки стали равно 600 МПа?

4. Какое количество теплоты нужно, чтобы обратить в пар лед массой 5 кг, взятый при температуре -15⁰С?

5. Каким должен быть диаметр стержня крюка подъемного крана, чтобы при равномерном подъеме груза, вес которого 25 кН, напряжение в стержне не превышало 60 МПа?

6. Каково механическое напряжение у основания кирпичной стены высотой 20 м? Одинаковой ли должна быть прочность кирпичной кладки в основании стены и в ее верхней части?

7. С какой высоты должен падать свинцовый шарик, чтобы при ударе о землю он расплавился? Начальная температура шарика 27⁰С, а на нагревание расходуется 60% энергии шарика.

8. С какой скоростью должна вылететь из ружья свинцовая дробинка при выстреле, сделанном вертикально вниз с высоты 100 м, чтобы при ударе о неупругое тело она полностью рапсплавилась? Начальная температура дробинки 500 К. Считать, что на нагревание и плавление пули пошла половина ее механической энергии, т.е. что КПД удара 50% (ответ: 382 м/с).

9. Какой максимальный груз можно поднимать на канате, состоящем из двухсот стальных проволок диаметром 1 мм, при запасе прочности, равном 5? При равномерном подъеме? При подъеме с ускорением 0,5 м/с²? Предел прочности стали принять равным 0,5 Гпа.

Температура плавления и удельная теплота плавления некоторых веществ.

Вещество	Т_пл, К	λ, Дж/кг	Вещество	Т_пл, К	λ, Дж/кг
Вода, лед Вольфрам	273 3683	3,35 · 10 ⁵ 2, 6 · 10 ⁴	Олово Свинец	505 600	5,8 · 10 ⁵ 2,5 · 10 ⁴

Домашнее задание

1. Какое количество теплоты необходимо, чтобы 2 кг льда взятого при температуре -20⁰С довести до температуры плавления, расплавить, а воду нагреть до кипения?

2. С высоты Н свободно падает кусок металла с удельной теплоемкостью с. На сколько поднялась его температура при ударе о землю, если считать, что 10% его механической энергии при ударе превращается в теплоту (КПД 10%).

3. В углубление, сделанное в куске льда, взятого при температуре t₀= 0⁰С, влит расплавленный свинец при температуре t₁= 400⁰С. Сколько свинца было влито (m₁ - ?), если он остыл до 0⁰С и при этом растопил m₂= 270 г льда? Удельная теплота кристаллизации (плавления) льда λ = 2,5·10 ⁴Дж/кг, удельная теплоемкость жидкого и твердого свинца с = 130 Дж/(кг К), температура плавления и кристаллизации свинца t = 327⁰С, удельная теплота плавления льда λ₂ = 3,3·10 ⁵ Дж/кг (ответ: 1,2 кг).

Теоретические вопросы:

1. Что общего и в чем отличие между аморфным телом и кристаллом?

2. Анизотропия, изотропия.

3. Полиморфизм.

4. Плавление и кристаллизация.

5. Физический смысл удельной теплоты плавления.

6. Как изменяются объем и плотность вещества при плавлении?

7. Особенности отвердевания воды.

8. Зависимость температуры плавления от давления.

9. Виды кристаллических структур и их свойства.

10. Виды деформации твердых тел.

11. Механические свойства твердых тел

12. Закон Гука

13. Предел упругости и предел прочности

Литература:

1. Кабардин О.Ф. Физика. Справочные материалы. § 29, 30.

2. Жданов Л.С. Жданов Г.Л. Физика. § гл. 12.

3. Мякишев Г.Я. Буховцев Б.Б. Физика – 10. § 18, 19.

ллизация и деформация твердых тел.

Дата добавления: 2021-04-15; просмотров: 98; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!