เส้นโค้งความร้อน: มันคืออะไรทำอย่างไรตัวอย่าง - กายภาพ - 2026

โค้งร้อนคือการแสดงกราฟิกของวิธีการที่อุณหภูมิของตัวอย่างที่แตกต่างกันไปเป็นหน้าที่ของเวลาการรักษาอย่างต่อเนื่องความดันและการเพิ่มความร้อนสม่ำเสมอ, ที่อยู่, ในอัตราคงที่

ในการสร้างกราฟประเภทนี้จะใช้คู่ของค่าอุณหภูมิและเวลาซึ่งจะสร้างกราฟในภายหลังโดยการวางอุณหภูมิบนแกนแนวตั้ง (กำหนด) และเวลาบนแกนนอน (abscissa)

รูปที่ 1. เส้นโค้งความร้อนของสารได้จากการเพิ่มความร้อนและวัดอุณหภูมิทุกช่วงเวลา ที่มา: Pixabay

จากนั้นเส้นโค้งที่เหมาะสมที่สุดจะพอดีกับจุดทดลองเหล่านี้และในที่สุดก็จะได้กราฟของอุณหภูมิ T ตามฟังก์ชันของเวลา t: T (t)

เส้นโค้งความร้อนคืออะไร?

เมื่อได้รับความร้อนสารจะผ่านสถานะต่างๆต่อเนื่องกัน: จากการเป็นของแข็งมันสามารถกลายเป็นไอได้เกือบตลอดเวลาที่ผ่านสถานะของเหลว กระบวนการเหล่านี้เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงสถานะซึ่งตัวอย่างจะเพิ่มพลังงานภายในในขณะที่เพิ่มความร้อนตามที่ระบุโดยทฤษฎีจลน์โมเลกุล

เมื่อเพิ่มความร้อนให้กับตัวอย่างมีความเป็นไปได้สองประการ:

- สารจะเพิ่มอุณหภูมิเนื่องจากอนุภาคของมันถูกปั่นป่วนและมีความเข้มมากขึ้น

- วัสดุกำลังผ่านการเปลี่ยนเฟสซึ่งอุณหภูมิจะคงที่ การเพิ่มความร้อนมีผลทำให้แรงที่ยึดอนุภาคเข้าด้วยกันลดลงในระดับหนึ่งซึ่งเป็นเหตุให้เปลี่ยนจากน้ำแข็งเป็นน้ำเหลวได้ง่าย

รูปที่ 2 แสดงสถานะของสสารทั้งสี่สถานะ: ของแข็งของเหลวก๊าซและพลาสมาและชื่อของกระบวนการที่อนุญาตให้มีการเปลี่ยนแปลงระหว่างกัน ลูกศรบ่งบอกทิศทางของกระบวนการ

รูปที่ 2. สถานะของสสารและกระบวนการที่จำเป็นในการส่งผ่านระหว่างหนึ่งและอีกสิ่ง ที่มา: Wikimedia Commons

- สถานะการเปลี่ยนแปลงในสาร

เริ่มต้นด้วยตัวอย่างในสถานะของแข็งเมื่อมันหลอมละลายมันจะเข้าสู่สถานะของเหลวเมื่อมันกลายเป็นไอจะกลายเป็นก๊าซและผ่านการไอออไนซ์มันจะกลายเป็นพลาสม่า

ของแข็งอาจถูกเปลี่ยนเป็นก๊าซโดยตรงโดยกระบวนการที่เรียกว่าการระเหิด มีสารที่ระเหิดได้ง่ายที่อุณหภูมิห้อง ที่รู้จักกันดีคือ CO ₂หรือน้ำแข็งแห้งเช่นเดียวกับแนฟทาลีนและไอโอดีน

ในขณะที่ตัวอย่างอยู่ภายใต้การเปลี่ยนแปลงของสถานะอุณหภูมิจะคงที่จนกว่าจะถึงสถานะใหม่ ซึ่งหมายความว่าตัวอย่างเช่นหากคุณมีน้ำเหลวส่วนหนึ่งที่ถึงจุดเดือดอุณหภูมิจะคงที่จนกว่าน้ำทั้งหมดจะกลายเป็นไอน้ำ

ด้วยเหตุนี้เส้นโค้งการอุ่นจึงคาดว่าจะประกอบด้วยการรวมกันของส่วนที่เพิ่มขึ้นและส่วนแนวนอนโดยที่ส่วนหลังสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงเฟส หนึ่งในเส้นโค้งเหล่านี้แสดงในรูปที่ 3 สำหรับสารที่กำหนด

รูปที่ 3. เส้นโค้งความร้อนของสารที่กำหนดโดยมีการกำหนดค่าโดยทั่วไปตามขั้นตอนและความลาดชัน

การตีความเส้นโค้งความร้อน

ในช่วงการเจริญเติบโต ab, cd และ ef จะพบสารเป็นของแข็งของเหลวและก๊าซตามลำดับ ในพื้นที่เหล่านี้พลังงานจลน์จะเพิ่มขึ้นและอุณหภูมิด้วย

ในขณะที่อยู่ใน bc มันกำลังเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลวดังนั้นทั้งสองเฟสจึงอยู่ร่วมกัน สิ่งนี้เกิดขึ้นในส่วนของการที่ตัวอย่างเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นก๊าซ ที่นี่พลังงานศักย์กำลังเปลี่ยนแปลงและอุณหภูมิยังคงที่

ขั้นตอนการย้อนกลับก็เป็นไปได้เช่นกันนั่นคือตัวอย่างสามารถทำให้เย็นลงเพื่อนำไปใช้สถานะอื่นต่อไปได้ ในกรณีนี้เราพูดถึงเส้นโค้งการระบายความร้อน

เส้นโค้งความร้อนมีลักษณะทั่วไปเหมือนกันสำหรับสารทั้งหมดแม้ว่าจะไม่ใช่ค่าตัวเลขเดียวกันก็ตาม สารบางชนิดใช้เวลานานกว่าสารอื่นในการเปลี่ยนสถานะและละลายและกลายเป็นไอที่อุณหภูมิต่างกัน

จุดเหล่านี้เรียกตามลำดับว่าจุดหลอมเหลวและจุดเดือดและเป็นลักษณะของสารแต่ละชนิด

นั่นคือเหตุผลที่เส้นโค้งความร้อนมีประโยชน์มากเนื่องจากเป็นตัวบ่งชี้ค่าตัวเลขของอุณหภูมิเหล่านี้สำหรับสารหลายล้านชนิดที่มีอยู่เป็นของแข็งและของเหลวในช่วงอุณหภูมิที่ถือว่าปกติและที่ความดันบรรยากาศ

คุณทำเส้นโค้งวอร์มอัพได้อย่างไร?

โดยหลักการแล้วมันง่ายมากเพียงวางตัวอย่างสารในภาชนะที่มีเครื่องกวนใส่เทอร์โมมิเตอร์และให้ความร้อนเท่า ๆ กัน

พร้อมกันที่จุดเริ่มต้นของขั้นตอนนาฬิกาจับเวลาจะเปิดใช้งานและคู่เวลาอุณหภูมิที่เกี่ยวข้องจะถูกบันทึกเป็นครั้งคราว

แหล่งความร้อนอาจเป็นเตาแก๊สที่มีอัตราความร้อนที่ดีหรือมีความต้านทานไฟฟ้าที่ปล่อยความร้อนออกมาเมื่อถูกความร้อนซึ่งสามารถเชื่อมต่อกับแหล่งที่มาแบบแปรผันเพื่อให้ได้พลังงานที่แตกต่างกัน

เพื่อความแม่นยำยิ่งขึ้นมีสองเทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการเคมี:

- การวิเคราะห์เชิงความร้อนที่แตกต่างกัน

- การสแกนความร้อนแบบ Differential

พวกเขาเปรียบเทียบความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างตัวอย่างที่อยู่ระหว่างการศึกษากับตัวอย่างอ้างอิงอื่นที่มีอุณหภูมิหลอมละลายสูงเกือบตลอดเวลาคืออะลูมิเนียมออกไซด์ ด้วยวิธีการเหล่านี้ทำให้ง่ายต่อการหาจุดหลอมเหลวและจุดเดือด

ตัวอย่าง (น้ำเหล็ก … )

พิจารณาเส้นโค้งความร้อนสำหรับน้ำและเหล็กที่แสดงในรูป ไม่แสดงมาตราส่วนเวลา แต่จะแยกแยะอุณหภูมิหลอมละลายของสารทั้งสองที่ตรงกับจุด B ของแต่ละกราฟได้ทันที: สำหรับน้ำ 0 º C สำหรับเหล็ก 1500 º C

รูปที่ 4. เส้นโค้งความร้อนสำหรับน้ำและเหล็ก

น้ำเป็นสารสากลและช่วงของอุณหภูมิที่จำเป็นในการดูการเปลี่ยนแปลงของสถานะนั้นทำได้ง่ายในห้องปฏิบัติการ ต้องใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้นมากสำหรับเหล็ก แต่ดังที่ระบุไว้ข้างต้นรูปร่างของกราฟจะไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ

ละลายน้ำแข็ง

เมื่อให้ความร้อนตัวอย่างน้ำแข็งตามกราฟเราอยู่ที่จุด A ที่อุณหภูมิต่ำกว่า0ºCสังเกตได้ว่าอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นในอัตราคงที่จนกระทั่งถึง0ºC

โมเลกุลของน้ำภายในน้ำแข็งสั่นสะเทือนด้วยแอมพลิจูดที่มากขึ้น เมื่อถึงอุณหภูมิหลอมเหลว (จุด B) โมเลกุลจะเคลื่อนที่ไปด้านหน้ากันได้แล้ว

พลังงานที่มาถึงจะลงทุนในการลดแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลดังนั้นอุณหภูมิระหว่าง B และ C จะคงที่จนกว่าน้ำแข็งทั้งหมดจะละลาย

เปลี่ยนน้ำให้เป็นไอน้ำ

เมื่อน้ำอยู่ในสถานะของเหลวอย่างสมบูรณ์การสั่นสะเทือนของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นอีกครั้งและอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วระหว่าง C และ D จนถึงจุดเดือด100º C ระหว่าง D และ E อุณหภูมิจะยังคงอยู่ที่ค่านั้นในขณะที่ พลังงานที่มาถึงช่วยให้มั่นใจได้ว่าน้ำทั้งหมดในภาชนะระเหย

หากสามารถบรรจุไอน้ำทั้งหมดในภาชนะได้ก็จะสามารถให้ความร้อนต่อจากจุด E ไปยังจุด F ได้ซึ่งขีด จำกัด จะไม่แสดงบนกราฟ

ตัวอย่างเหล็กสามารถผ่านการเปลี่ยนแปลงเดียวกันนี้ได้ อย่างไรก็ตามเนื่องจากลักษณะของวัสดุช่วงอุณหภูมิจะแตกต่างกันมาก

อ้างอิง

1. Atkins, P. Principles of Chemistry: The Paths of Discovery. บทบรรณาธิการMédica Panamericana 219-221
2. Chung, P. เส้นโค้งความร้อน สืบค้นจาก: chem.libretexts.org.
3. เส้นโค้งความร้อน ความร้อนของการหลอมรวมและการระเหย สืบค้นจาก: wikipremed.com.
4. ฮิววิตต์พอล 2555. วิทยาศาสตร์กายภาพเชิงความคิด. 5 เอ็ดเพียร์สัน 174-180
5. มหาวิทยาลัยบายาโดลิด ปริญญาสาขาเคมีสืบค้นจาก: lodging.uva.es.