Concetti Chiave
- La fusione è il processo in cui un oggetto solido, come un metallo, diventa liquido a causa del riscaldamento.
- Tre leggi sperimentali governano la fusione: ogni sostanza ha una temperatura di fusione specifica, la temperatura rimane costante durante la fusione e l'energia necessaria è proporzionale alla massa.
- Il comportamento della fusione può essere rappresentato da un grafico temperatura-tempo, mostrando temperature costanti durante il processo di fusione.
- Il calore latente di fusione indica l'energia necessaria per fondere 1 kg di sostanza e si calcola utilizzando la formula Q = Lf * m.
- Le temperature di fusione e i calori latenti di fusione variano tra le diverse sostanze, come dimostrato dalla tabella fornita.
Il fenomeno della fusione
Se forniamo calore a un oggetto solido, per esempio metallico, questo dapprima si riscalda. A un certo punto, però, si osserva un cambiamento: l’oggetto inizia a diventare liquido. È questo il fenomeno della fusione.
Le leggi della fusione La fusione di un solido segue tre leggi sperimentali: 1. a una data pressione, per ogni sostanza la fusione avviene a una temperatura determinata, detta temperatura di fusione di quella sostanza;
2. durante tutto l’intervallo di tempo in cui avviene la fusione di un corpo, la sua temperatura si mantiene costante;
3. l’energia necessaria per fondere completamente una massa m di una data sostanza, che si trova già alla temperatura di fusione, è direttamente proporzionale a m.
Grafico temperatura-tempo
Questo comportamento è illustrato dal grafico temperatura-tempo della figura 2, che è ottenuto sperimentalmente liquefacendo un blocco di stagno posto su una fiamma costante. Il grafico mostra i valori della sua temperatura al trascorrere del tempo.
• Dapprima la temperatura dello
stagno solido aumenta in modo proporzionale agli intervalli di tempo trascorsi;
• per tutta la durata del processo di fusione, la temperatura dello stagno si mantiene costante a 232 °C;
• quando tutto lo stagno è divenuto liquido, la sua temperatura ricomincia a salire.
Calore latente di fusione
La terza legge della fusione è espressa mediante la formula calore latente di fusione (J/kg) E 5 Lf energia per fondere (J) m massa (kg) La costante Lf è detta calore latente di fusione e si misura in joule/kilogrammo.
È numericamente uguale alla quantità di energia necessaria per fondere completamente 1 kg di una data sostanza. Per esempio, per fondere 1 kg di ghiaccio, che si trova già alla temperatura di 0 °C, occorre fornire 334 kJ di energia.
401 (1)
Di solito forniamo al ghiaccio questa energia mediante scambi di calore e in questo caso la formula precedente diventa
Q 5 Lf m, (2)
ma potremmo fornirla anche mediante un lavoro meccanico di spezzettamento. Nella tabella seguente sono riportate le temperature di fusione e i calori latenti di fusione di diverse sostanze.
Temperatura di fusione e calore latente di fusione (a pressione normale) Sostanza
Temperatura di fusione Calore °C
K
Idrogeno Azoto
Ossigeno
Alcol etilico Mercurio
Acqua
259 210 219 114 39 0
14 63 54
159 234 273
Esempio di calcolo
Un filo d’argento della massa di 22,3 g si trova già alla temperatura di fusione. f Calcola il calore necessario per fonderlo completamente. La massa del filo è m 5 2,23 102
kg e la tabella mostra che il calore latente
di fusione dell’argento è Lf otteniamo:
f 5 1,09 105 J/kg. Quindi, dalla formula (2)
QL ,,m 10910243 10 kg
==f ## # J
5 p ^2,23 10 -2 kgh = # 3 J. Sostanza
di fusione (103
58,6 25,5 13,8
104 11,8 334 J/kg) Zolfo
Piombo NaCl
Argento Quarzo
Temperatura di fusione °C
K
119 328 808 961
1607
392 601
1081 1234 1880
Calore
di fusione (103
38 23
500 109 200
J/kg)
Domande da interrogazione
- Qual è il fenomeno della fusione e come si manifesta?
- Quali sono le tre leggi sperimentali che governano la fusione?
- Come si rappresenta il comportamento della temperatura durante la fusione?
- Cosa si intende per calore latente di fusione?
- Come si calcola il calore necessario per fondere un materiale?
La fusione è il processo in cui un oggetto solido, come un metallo, diventa liquido quando viene riscaldato. Questo cambiamento avviene a una temperatura specifica, chiamata temperatura di fusione.
Le leggi della fusione stabiliscono che: 1) ogni sostanza ha una temperatura di fusione specifica a una data pressione; 2) la temperatura rimane costante durante la fusione; 3) l'energia necessaria per fondere una massa è proporzionale alla massa stessa.
Il grafico temperatura-tempo mostra che inizialmente la temperatura aumenta, poi si stabilizza durante la fusione e infine ricomincia a salire quando il materiale è completamente liquido.
Il calore latente di fusione è l'energia necessaria per fondere completamente 1 kg di una sostanza a temperatura di fusione, misurata in joule/kilogrammo. Ad esempio, per fondere 1 kg di ghiaccio servono 334 kJ di energia.
Il calore necessario si calcola usando la formula Q = Lf * m, dove Q è il calore, Lf è il calore latente di fusione e m è la massa del materiale. Ad esempio, per un filo d'argento di 22,3 g, si utilizza il calore latente di fusione dell'argento per determinare l'energia richiesta.
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