§ 17. Удельная теплота плавления

При плавлении кристалла его температура не повышается, но энергия необходима для перестройки расположения частиц. Разные вещества требуют разного количества энергии даже при одинаковой массе. Для сравнения вводят удельную теплоту плавления λ. Она показывает, сколько энергии нужно сообщить одному килограмму вещества, уже нагретого до температуры плавления, чтобы полностью превратить его в жидкость. Эта характеристика измеряется в джоулях на килограмм.

Количество теплоты для плавления находят по формуле Q = λm. Например, если массу льда увеличить вдвое, энергия его плавления при той же начальной температуре также увеличится вдвое. В учебных расчётах для льда часто используют значение около 3,4·10⁵ Дж/кг. Это означает, что жидкая вода при нуле градусов имеет большую внутреннюю энергию, чем такая же масса льда при той же температуре.

При кристаллизации равной массы того же вещества выделяется такое же по модулю количество теплоты. Таким образом, формула применяется и к отвердеванию, но направление передачи энергии противоположно. При плавлении тело получает энергию, при кристаллизации отдаёт. Если задача требует знака изменения энергии, это различие нужно явно учитывать. Если же спрашивается количество выделившейся теплоты, обычно указывают положительную величину выделенной энергии.

Формула λm описывает только сам фазовый переход. Если начальная температура твёрдого тела ниже температуры плавления, дополнительно требуется энергия на его нагревание: cmΔt. После полного плавления может понадобиться нагреть и полученную жидкость, уже с её теплоёмкостью. Поэтому сложную задачу разбивают на последовательные этапы. Такой подход предотвращает распространённую ошибку, когда всю энергию рассчитывают одной формулой и забывают, что разные процессы требуют разных физических характеристик.