Digitální učební materiál Autor: Ing. Bc. Pavel Kolář Předmět/vzdělávací oblast: Základy přírodních věd - Fyzika Tematická oblast: TERMIKA Téma: Změny skupenství 1 Ročník: 2. Datum vytvoření: leden 2013 Název: VY_32_INOVACE_08.2.19.FYZ Anotace: Učební materiál se zabývá změnami skupenství látek a praktickým využitím získaných poznatků. Vysvětleny jsou tání a tuhnutí krystalických látek. Metodický pokyn: Prezentace je primárně určena ke zkvalitnění výuky v hodinách fyziky, ale může být využita i k samostudiu nebo pro distanční formu vzdělávání. Otázky na konci tématu ověří u žáků pochopení probíraného učiva. Materiál vyžaduje použití multimediálních prostředků (PC a dataprojektoru).

Změny skupenství Tání a tuhnutí

Obrázek 19.1. Změny skupenství Látka se může podle vnějších podmínek (teplota, tlak) vyskytovat ve třech skupenstvích (pevném, kapalném, plynném); Obrázek 19.1. Změny skupenství

Tání a tuhnutí Tání – přeměna pevné látky v kapalinu; Tuhnutí – přeměna kapaliny v pevnou látku. Obrázek 19.2. Tání a tuhnutí

Tabulka 19.1. Normální teplota tání (tuhnutí) Zahřejeme-li těleso z krystalické látky na teplotu tání tt, přemění se v kapalinu; Různé látky mají různou teplotu tání; Teplota tání závisí na tlaku, proto je v tabulkách uváděna normální teplota tání (při normálním tlaku 101,325 kPa); Látka Teplota tání t ° C Led (H2O) Cín (Sn) 232 Rtuť (Hg) -38,8 Zlato (Au) 1063 Etanol (C2H6O) -117 Železo (Fe) 1535 Tabulka 19.1. Normální teplota tání (tuhnutí) Amorfní látky při zahřívání postupně měknou až se přemění v kapalinu, proto nemají přesnou teplotu tání.

Skupenské teplo tání Má-li se pevná krystalická látka změnit při stálé teplotě tání tt na kapalinu, musí přijmout skupenské teplo tání Lt; Skupenské teplo tání je přímo úměrné hmotnosti tělesa m a platí: lt měrné skupenské teplo tání (důležitá tepelná konstanta látky).

Tuhnutí Ochlazujeme-li kapalinu vzniklou roztavením krystalické látky, přemění se při teplotě tuhnutí tt v pevnou látku; Teplota tuhnutí je u čistých krystalických látek rovna teplotě tání; Při tuhnutí odevzdá kapalina svému okolí skupenské teplo tuhnutí Lt, které je rovno skupenskému teplu tání.

Tuhnutí - krystalizace Dosažením teploty tuhnutí začíná látka krystalizovat; Polykrystalické látky: Tvoří se krystalizační jádra, ke kterým se v pravidelném uspořádání připojují další částice; V okamžiku ztuhnutí se již krystaly dotýkají a vytvářejí zrna; Monokrystaly: V tavenině se vytváří jediný krystalizační zárodek, ke kterému se pravidelně připojují další částice; Příklad: Příprava monokrystalu křemíku při výrobě polovodičových součástek.

Změna objemu tělesa při tání a tuhnutí Pro většinu látek se objem tělesa při tání zvětší a při tuhnutí zmenší; Částice těchto látek jsou v pevném skupenství těsněji u sebe než ve skupenství kapalném; Se zvýšením tlaku na takovou látku, se k sobě částice látky přiblíží, zvětší se jejich přitažlivá síla a vzroste teplota tání těchto látek.

Změna objemu tělesa při tání a tuhnutí Jen u malého počtu látek se objem tělesa při tání zmenší a při tuhnutí zvětší; Mezi tyto látky patří voda, antimon, bismut a některé slitiny; Obrázek 19.3. Vzájemná poloha molekul ve vodě Obrázek 19.4. Vzájemná poloha molekul v ledu

Obrázek 19.5. Hustota ledu a vody Změna objemu tělesa při tání a tuhnutí Voda: Objem ledu je asi 1,1krát větší, než objem vody před ztuhnutím; Proto má led menší hustotu než voda, je lehčí a plave na hladině; Zmrzlá voda v potrubí způsobuje zvětšením svého objemu jeho popraskání. Obrázek 19.5. Hustota ledu a vody

Regelace ledu Stlačený led taje při nižší teplotě; Pod drátem led taje a vzniklá voda nad drátem hned tuhne → regelace; Drát projde kusem ledu, aniž by ho rozdělil. Obrázek 19.6. Regelace ledu

Shrnutí nejdůležitějších poznatků Tání – přeměna pevné látky v kapalinu; Tuhnutí – přeměna kapaliny v pevnou látku; Čisté krystalické látky mají teplotu tání rovnu teplotě tuhnutí; Amorfní látky nemají přesnou teplotu tání; Většina látek při tání svůj objem zvětšuje a při tuhnutí zmenšuje; Teplota tání těchto látek se zvyšuje s rostoucím tlakem; Opačně se chová jen malá skupina látek, například voda.

Otázky a úkoly Při změně skupenství krystalické látky dodáváme látce teplo, ale její teplota se nemění. Vysvětlete proč. Dodaná energie je využita na přeskupení částic při změně skupenství látky. Mění se potenciální, ne pohybová energie částic. Proč se do chladiče automobilu dává na zimu nemrznoucí směs? Voda by zvětšením svého objemu při tuhnutí, způsobila poškození chladicí soustavy. Kolik litrů vody získáme, roztaje-li led: a) o hmotnosti 1 kg, b) o objemu 1 dm3? Získáme 1 litr vody (voda = 1000 kg/m3). Získáme 0,9 litru vody (led = 917 kg/m3). Vysvětlete, proč brusle kloužou po ledě. Zvýšením tlaku se sníží teplota tání ledu a mezi nožem brusle a ledem vznikne vrstvička vody.

Použité zdroje LEPIL, Oldřich, BEDNAŘÍK, Milan, HÝBLOVÁ, Radmila. Fyzika pro střední školy I. 4. vyd. Praha: Prometheus, 2004, 266 s. Učebnice pro střední školy. ISBN 80-7196-184-1. BEDNAŘÍK, Milan, KUNZOVÁ, Vlasta, SVOBODA, Emanuel. Fyzika II pro studijní obory SOU. 1. vyd. Praha: SPN, 1986, 216 s. Učebnice pro střední školy. CHYTILOVÁ, Marta, KLUVANEC, Daniel, ŽAMPA, Karel. Fyzika pro 8. ročník základní školy, studijní část A. 3. vyd. Praha: SPN, 1985, 160 s. Učebnice pro základní školy. MIKLASOVÁ, Věra. Sbírka úloh z fyziky pro SOŠ a SOU. 1. vyd. Praha: Prometheus, 2005, 298 s. Učebnice pro střední školy. ISBN 80-7196-135-3. Autorem obrázků a tabulek, pokud není uvedeno jinak, je autor výukového materiálu.