- Topnienie, parowanie i sublimacja to zmiany stanu skupienia, które wymagają dostarczania energii w postaci ciepła do substancji.
- Dostarczona energia w postaci ciepła powoduje wzrost energii wewnętrznej ciała, związany ze zmianą struktury wewnętrznej tej substancji – rośnie energia potencjalna wynikająca z wzajemnych oddziaływań atomów i cząsteczek.
- Krzepnięcie, skraplanie i resublimacja to zmiany stanu skupienia, które wymagają oddawania energii cieplnej (ciepła) przez substancję.
- Oddane ciepło powoduje zmniejszenie energii wewnętrznej ciała i wiąże się ze zmianą struktury wewnętrznej substancji – maleje energia potencjalna wynikająca z wzajemnych oddziaływań atomów i cząsteczek.

Początkowo dysponujemy bryłą lodu o temperaturze –30°C, to ogrzewanie tej bryły będzie zwiększać temperaturę: –25°C, –20°C, –15°C, –10°C, –5°C, aż do 0°C. Tutaj jednak ta prosta reguła przestaje obowiązywać, przy 0°C (przy ciśnieniu normalnym) dostarczanie ciepła nie spowoduje zmiany temperatury lodu. Przynajmniej przez pewien czas. Zamiast tego lód zacznie topnieć.

Dopiero po stopieniu całego lodu, powstała z niego woda zacznie reagować po staremu – podgrzanie będzie powodować zwiększenie temperatury. Jednak będzie tak tylko do pewnej granicy – przy 100°C dostarczanie ciepła, zamiast zwiększenia temperatury wody, spowoduje jej kolejne przejście fazowe w parę wodną. Mamy do czynienia z parowaniem w całej objętości – wrzeniem. Dopiero po zamianie całej wody w parę, ogrzewanie wody w stanie lotnym będzie już zachodzić bez większych niespodzianek, aż do dość wysokich temperatur (ale nie bardzo wysokich! - bo np. w temperaturach wielu tysięcy stopni stanowiące parę cząsteczki wody ulegają rozpadowi na poszczególne atomy, czyli atomy tlenu i wodoru).

Energia wewnętrzna i zmiany stanów skupienia

Drugi

IV. Zjawiska cieplne. Uczeń:

9) rozróżnia i nazywa zmiany stanów skupienia; analizuje zjawiska topnienia, krzepnięcia, wrzenia, skraplania, sublimacji i resublimacji jako procesy, w których dostarczenie energii w postaci ciepła nie powoduje zmiany temperatury.

45 minut

Opisywanie zmian stanów skupienia w różnych procesach termodynamicznych w języku angielskim.

1. Opisuje zmianę stanu skupienia podczas ogrzewania i ochładzania.

2. Analizuje procesy topnienia i krzepnięcia pod względem temperatury i dostarczonego ciepła.

3. Analizuje procesy parowania i skraplania pod względem temperatury i dostarczonego ciepła.

Uczeń:

- opisuje przemiany zmiany stanów skupienia energii wewnętrznej ciała w sytuacjach typowych i problemowych,

- przedstawia zależność temperatury ciała od wartości energii dostarczanej do układu.

1. Wykład problemowy.

2. Klasyczna metoda problemowa.

1. Pogadanka.

2. Praca uczniów w grupach nad rozwiązaniem sytuacji problemowej.

Odpowiedz na pytania wprowadzające:

1. Wymień trzy podstawowe stany skupienia materii.
2. Nazwij procesy zmiany stanów skupienia materii.
3. W jakich przemianach fazowych energia jest pobierana przez układ a w jakich oddawana?
4. Podczas zmian stanów skupienia materii zazwyczaj temperatura ciała nie ulega zmianie. Co się dzieje z energią dostarczoną do ciała?

Poniższa prezentacja śladów pozwoli zrozumieć mikroskopowy model budowy ciała stałych cieczy i gazów.

[Slideshow]

Rozpatrzmy dla przykładu jak zmienia się temperatura lodu o temperaturze początkowej –30°C.

[Ilustracja 1]

Początkowo dysponujemy bryłą lodu o temperaturze –30°C, to ogrzewanie tej bryły będzie zwiększać temperaturę: –25°C, –20°C, –15°C, –10°C, –5°C, aż do 0°C. Tutaj jednak ta prosta reguła przestaje obowiązywać, przy 0°C (przy ciśnieniu normalnym) dostarczanie ciepła nie spowoduje zmiany temperatury lodu. Przynajmniej przez pewien czas. Zamiast tego lód zacznie topnieć.

Dopiero po stopieniu całego lodu, powstała z niego woda zacznie reagować po staremu – podgrzanie będzie powodować zwiększenie temperatury. Jednak będzie tak tylko do pewnej granicy – przy 100°C dostarczanie ciepła, zamiast zwiększenia temperatury wody, spowoduje jej kolejne przejście fazowe w parę wodną. Mamy do czynienia z parowaniem w całej objętości – wrzeniem. Dopiero po zamianie całej wody w parę, ogrzewanie wody w stanie lotnym będzie już zachodzić bez większych niespodzianek, aż do dość wysokich temperatur (ale nie bardzo wysokich! - bo np. w temperaturach wielu tysięcy stopni stanowiące parę cząsteczki wody ulegają rozpadowi na poszczególne atomy, czyli atomy tlenu i wodoru).

Opisany schemat obowiązuje oczywiście nie tylko dla lodu, ale dla większości substancji.

- Topnienie, parowanie i sublimacja to procesy zmiany stanu skupienia, które wymagają dostarczania energii do substancji w postaci ciepła.

- Dostarczona energia w postaci ciepła powoduje wzrost energii wewnętrznej ciała. Rośnie energia wynikająca z wzajemnych oddziaływań atomów i cząsteczek.

- Krzepnięcie, skraplanie i resublimacja to procesy zmiany stanu skupienia, które wymagają oddawania energii w postaci ciepła przez substancję.

- Oddane ciepło powoduje zmniejszenie energii wewnętrznej ciała. Maleje energia potencjalna wynikająca z wzajemnych oddziaływań atomów i cząsteczek.