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La 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.
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.
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


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  102
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)
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