|
|
Zmiany energii wewnętrznej ciał – ogrzewanie i ochładzanie
substancji 
Najczęstszym skutkiem zmiany energii wewnętrznej ciała jest przyrost
jego temperatury. W przypadku gazów jest nawet całkiem ścisła reguła
– dostarczenie energii wewnętrznej powoduje zwiększenie
temperatury w stopniu odpowiadającym ilości tej energii.
Jednak ta prosta reguła zawodzi w przypadku zbliżania
się z temperaturą do temperatury przejścia fazowego – czyli np.
topnienia, wrzenia.
Np. jeżeli początkowo dysponujemy bryłą lodu o temperaturze
–30°C, to ogrzewanie tej bryły będzie zwiększać temperaturę:
–25°C, –20°C, –15°C, –10°C, –5°C, aż
do 0°C. Tutaj jednak ta prosta reguła ulegnie załamaniu – przy
0°C (przy ciśnieniu normalnym) dostarczanie ciepła nie spowoduje zmiany
temperatury lodu. Przynajmniej przez pewien czas. Zamiast tego lód
zacznie się topić.
Dopiero po stopieniu całego lodu, powstała z niego woda zacznie
reagować po staremu – podgrzanie będzie powodować zwiększenie
temperatury. Jednak będzie tak tylko do pewnej granicy – przy 100°C
dostarczanie ciepła, zamiast zwiększenia temperatury wody, spowoduje jej
kolejne przejście fazowe – wrzenie. Dopiero po zamianie całej wody
w parę, ogrzewanie wody w stanie lotnym będzie już zachodzić bez większych
niespodzianek, aż do dość wysokich temperatur (ale nie bardzo wysokich!
- bo np. w temperaturach wielu tysięcy stopni stanowiące parę cząsteczki
wody ulegają rozpadowi na poszczególne atomy, czyli atomy tlenu i
wodoru).
Podobny wykres jak dla wody ma większość substancji. Pewne wyjątki
mogą zachodzić dla ciał stałych bezpostaciowych – dla nich
topnienie nie zachodzi w stałej temperaturze – zamiast jednego
punktu przemiany fazowej mamy proces mięknięcia, podczas którego
temperatura powoli rośnie podczas zmiany fazy stałej na ciekłą.
Podsumowanie - etapy ogrzewania substancji
Przyjrzyjmy się jeszcze raz temu schematowi ogrzewania lodu.
Wypunktujmy wszystkie etapy przemiany od lodu, aż do osiągnięcia stanu
pary wodnej:
 | ogrzewanie lodu – temperatura rośnie proporcjonalnie do
dostarczonej energii. Aż do osiągnięcia 0°C. |
| topienie lodu – na tym odcinku, mimo dostarczania ciepła,
temperatura pozostaje stała – cały czas 0°C. |
| ogrzewanie wody powstałej z lodu – na tym etapie nie mamy już
wcale lodu, ale jest powstała z niego woda. Wskutek ogrzewanie tej
wody, jej temperatura będzie wzrastała. Aż do 100°C. |
| Wrzenie – po osiągnięciu temperatury 100° woda nie będzie
już zwiększała swojej temperatury, mimo dopływu ciepła. Cała
energia zostanie od tego momentu pochłaniana przez proces wrzenia
(parowania w całej objętości) wody. |
| Po zakończeniu zamiany wody w parę, dalsze dostarczanie ciepła będzie
powodowało wzrost temperatury pary. Można ją w ten sposób ogrzać
do temperatur przekraczających 1000°C. |
Opisany schemat obowiązuje oczywiście nie tylko dla lodu, ale
dla większości substancji. |