Kiedy badamy procesy przejścia fazowego, czyli przemiany fazowe substancji, widzimy, że aby tak się stało, konieczne jest dostarczenie lub odprowadzenie ciepła z danej substancji. W naszym codziennym życiu możemy zaobserwować zmianę fazy wody, która wyparowuje z ubrania rozłożonego na sznurku lub z kostek lodu topiących się pod wpływem środowiska.
Możemy wtedy zdefiniować przejście fazowe jako wewnętrzną reorganizację cząsteczek substancji, powodującą znaczne zmiany jej właściwości. Na poziomie przypominania o przejściach fazowych mamy:
gaz do cieczy →kondensacja
ciecz do gazu →odparowanie
ciecz do ciała stałego →zestalenie
ciało stałe do cieczy →topić
ciało stałe w gaz →sublimacja
gaz do ciała stałego →sublimacja
Widzieliśmy, że procesy fizyczne zachodzące w układach zamkniętych zachowują całkowitą energię układu. W procesach przemian fazowych, takich jak topienie i parowanie, temperatura pozostaje stała, mimo że ciepło jest dostarczane do systemu. Aby zrozumieć, dokąd zmierza ta energia, spójrzmy, co dzieje się pod mikroskopem.
Możemy powiązać energię potencjalną z każdą cząsteczką substancji jako energię potrzebną do umieszczenia jej w tej pozycji. Jeśli chcemy zmienić ich wewnętrzny układ, musimy popracować nad cząstkami. Dlatego możemy powiązać energię potencjalną z układem atomów i cząsteczek substancji.
Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)
Kiedy dostarczane jest ciepło, atomy i cząsteczki mają tendencję do intensywniejszej wibracji, zwiększając temperaturę, która jest miarą średniej energii kinetycznej cząstek. Podczas procesu fuzji lub waporyzacji temperatura pozostaje stała, ale zmienia się układ atomów i cząsteczek.
Energia potencjalna każdej zmiany i zmienność tej energii potencjalnej to ciepło oddane lub odebrane substancji.
Miarą zużytej energii na jednostkę masy jest utajone ciepło syntezy lub parowania. Im większe ciepło utajone, tym większa zmienność energii potencjalnej spowodowana modyfikacją układu atomowego lub molekularnego tej substancji.
W ten sposób całkowita energia jest zachowana w procesach przejścia fazowego. Dostarczona lub odebrana energia jest przekształcana w energię kinetyczną lub energię potencjalną (wewnętrzne przegrupowanie atomów).
Autor: Domitiano Marques
Ukończył fizykę
Czy chciałbyś odnieść się do tego tekstu w pracy szkolnej lub naukowej? Popatrz:
SILVA, Domitiano Correa Marques da. „Oszczędzanie energii w przejściach fazowych”; Brazylia Szkoła. Dostępne w: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/conservacao-energia-nas-transicoes-fase.htm. Dostęp 27 czerwca 2021 r.
