§ 16. График плавления и отвердевания кристаллических тел

На графике зависимости температуры от времени наклонные и горизонтальные участки описывают разные процессы. При нагревании льда ниже нуля градусов его температура возрастает, и линия идёт вверх. Частицы движутся интенсивнее, увеличивается их средняя кинетическая энергия. Когда достигается температура плавления, появляется горизонтальный участок. Энергия продолжает поступать, но расходуется преимущественно на изменение взаимодействия и расположения частиц, а не на повышение температуры.

Во время плавления в сосуде одновременно находятся твёрдая и жидкая фазы. Доля льда постепенно уменьшается, а доля воды растёт. После исчезновения последнего льда дальнейший подвод энергии нагревает уже жидкую воду, и график снова становится наклонным. Продолжительность горизонтального участка зависит от массы вещества и скорости подвода энергии. Поэтому более длинный участок не обязательно означает другую температуру плавления: он может отражать большую массу или меньшую мощность нагревателя.

При охлаждении последовательность обратная. Сначала падает температура жидкости, затем при кристаллизации появляется горизонтальный участок, после которого остывает твёрдое тело. Во время кристаллизации частицы образуют более упорядоченную структуру и передают энергию окружающей среде. Важно читать подписи осей: график температуры от времени отличается от графика температуры от переданного количества теплоты. Вывод о скорости нагревания требует учитывать, как именно энергия подводится или отводится.

Аморфные вещества не имеют столь чёткой температуры плавления: при нагревании они постепенно размягчаются. Кроме того, температура фазового перехода зависит от давления, а в специальных условиях возможно переохлаждение жидкости. Школьные графики обычно описывают чистые кристаллические вещества при постоянном давлении и без таких осложнений. При решении задачи полезно подписать каждый участок словами, указать агрегатное состояние и только затем выбирать формулу для расчёта энергии на соответствующем этапе.