Skupenské teplo

Teplo a teplota (zpět)

Cíle experimentu:     

·         Uvědomíte si rozdíl mezi teplotou a teplem.

·         Uvědomíte si, proč se nemění teplota v kalorimetru, pokud  je v něm směs ledu a vody.

·        Porozumíte pojmům: fáze, skupenské teplo, teplo a teplota, kalorimetr, změny skupenství atd.

·         Budete umět graficky vyjádřit závislost změny teploty soustavy na teple, které soustava přijímá.

Teorie:

Skupenské teplo L se v některé literatuře také nazývá teplo fázové přeměny. Skupenské teplo je teplo, které homogenní těleso příjme nebo odevzdá při změně skupenství při stálé teplotě a tlaku. Jednotkou je 1 joule, značka J.

Molární skupenské teplo L_m je teplo potřebné k fázové změně jednoho molu látky při stálé teplotě a tlaku. Fáze se změní v druhou fázi o téže teplotě a tlaku. Jednotkou je joule na mol, značka J/mol.
Měrné skupenské teplo l  je teplo potřebné k fázové změně jednoho kilogramu látky při stálé teplotě a tlaku. Fáze se změní v druhou fázi o téže teplotě a tlaku. Jednotkou je joule na kilogram, značka J/kg.
Podle konkrétního přechodu pak hovoříme například o měrném skupenském teplu tání nebo o měrném skupenském teplu tuhnutí atd. Důležité je si uvědomit, že např. měrné teplo tání a měrné teplo tuhnutí stejné látky za stejných podmínek mají stejné hodnoty.

Přijímá-li látka teplo, tak při určité teplotě a tlaku dojde k fázovému přechodu. Veškeré přijaté teplo způsobuje změnu skupenství. Hovoříme o skupenském teple L. Po skupenské změně celého objemu látky, tj. tání, varu,  bude přijímané teplo způsobovat zvýšení teploty kapaliny nebo páry.

Nastavení měřicího systému:

 Budete potřebovat: čidlo teploty, led, kahan.

Do kalorimetru vložte kousek ledu. Potom nalijte do kalorimetru předem odměřený objem horké vody o známé teplotě. Teplota v kalorimetru je stále 0°C, ale objem ledu se zmenšuje. Jak je to možné? Každá pevná látka, včetně ledu, musí přijmout skupenské teplo, aby roztála. I n při ostatních změnách skupenství musí látka přijmout nebo odevzdat skupenské teplo.

Do malé skleněné kádinky nasypejte asi 1 dl ledové tříště nebo sněhu. Kádinku vložte do vodní lázně, kterou opatrně zahřívejte ohřívačem nebo kahanem. Do tříště vložte čidlo teploty.

Sledujte na monitoru, že teplota ledu roste, ale když je led zahřát na 0°C, tak se růst teploty zastaví. Veškeré přijaté teplo způsobí změnu skupenství. Po přeměně ledu ve vodu, teplota opět začne růst.

Ukázka naměřené křivky

Problémy:  

·        Proč se teplota nemění, pokud v kádince zůstává led?

·        Co se stane, pokud použijeme jinou kapalinu?

·        Má jev praktické použití?

Závěry:

·        Izolovaný systém ve stavu termodynamické rovnováhy, který má ve všech částech stejné fyzikální a chemické vlastnosti (termodynamickou teplotu T, hustotu r, chemické složení) se nazývá fáze.

·        Termodynamický systém může mít více fází. Příkladem je  voda, led při teplotě 0°C jsou dvě fáze.

·         Každá látka může měnit svou fázi. Takový proces se nazývá fázová změna.

·        Při změně skupenství látka přijímá skupenské teplo, až zcela změní své skupenství. další přijímání tepla způsobí vzrůst teploty.

·         Měrné skupenské teplo ledu je 334 000 J×kg^-1.

·      Měrné skupenské teplo tání a měrné skupenské teplo tuhnutí téže látky za stejných podmínek majíé stejné velikosti.