Zawartość
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Stany materii
- Faza zmian między stanami materii
- Nagłe zmiany temperatury i stany faz
- Wpływ temperatury na fazę
Materia może istnieć w stanie stałym, ciekłym lub gazowym, a stan, w którym znajduje się substancja, może być w dużej mierze determinowany przez jej temperaturę. Kiedy przekroczony zostanie określony próg temperatury unikalny dla każdej substancji we wszechświecie, nastąpi zmiana fazy, zmieniając stan materii. W warunkach stałego ciśnienia temperatura jest głównym wyznacznikiem fazy substancji. Różnica temperatur i faz różnych rodzajów materii pozwala na pracę silników cieplnych i lodówek.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Temperatura ma bezpośredni wpływ na to, czy substancja istnieje jako ciało stałe, ciecz lub gaz. Zasadniczo zwiększenie temperatury zamienia ciała stałe w ciecze, a ciecze w gazy; redukując zamienia gazy w ciecze, a ciecze w ciała stałe.
Stany materii
W niskich temperaturach ruch molekularny maleje, a substancje mają mniej energii wewnętrznej. Atomy osiadają względem siebie w stanach niskiej energii i poruszają się bardzo mało, co jest charakterystyczne dla materii stałej. Wraz ze wzrostem temperatury dodatkowa energia cieplna jest przykładana do części stałych ciała stałego, co powoduje dodatkowy ruch molekularny. Cząsteczki zaczynają naciskać na siebie, a całkowita objętość substancji wzrasta. W tym momencie sprawa weszła w stan płynny. Stan gazowy występuje, gdy cząsteczki pochłonęły tak dużo energii cieplnej z powodu podwyższonych temperatur, że mogą się one swobodnie przemieszczać z dużą prędkością.
Faza zmian między stanami materii
Punkt, w którym materia poddana określonej temperaturze w warunkach stałego ciśnienia zaczyna zmieniać fazę, nazywa się progiem zmiany fazy. W tej temperaturze każda cząstka substancji wystawionej na działanie ciepła zmieni swój stan. Przejście od ciała stałego do płynu następuje w punkcie topnienia, a przejście od płynu do gazu następuje w punkcie wrzenia. I odwrotnie, moment zmiany gazu z cieczy jest punktem kondensacji, a przejście z cieczy w ciało stałe ma miejsce w punkcie zamarzania.
Nagłe zmiany temperatury i stany faz
Substancja może ulegać przemianie fazowej z ciała stałego w gaz lub z gazu w ciało stałe, jeżeli temperatura, na którą jest narażona, zmienia się bardzo szybko. Jeśli temperatura wokół ciała stałego wzrośnie bardzo szybko, może on sublimować lub zmienić fazę ze ciała stałego na gaz, nie występując jako ciecz. W przeciwnym kierunku gaz nagle przechłodzony może ulec całkowitemu osadzeniu.
Wpływ temperatury na fazę
Jeśli ciśnienie jest stałe, stan substancji będzie zależał całkowicie od temperatury, na którą jest narażony. Z tego powodu lód topi się, jeśli zostanie wyjęty z zamrażarki, a woda gotuje się z garnka, jeśli zostanie pozostawiona w zbyt wysokiej temperaturze na zbyt długo. Temperatura jest jedynie pomiarem ilości energii cieplnej obecnej w otoczeniu. Gdy substancja jest umieszczana w otoczeniu o innej temperaturze, ciepło jest wymieniane między substancją a otoczeniem, powodując, że oba osiągają temperaturę równowagi. Kiedy kostka lodu zostanie wystawiona na działanie ciepła, jej cząsteczki wody absorbują energię cieplną z otaczającej atmosfery i zaczynają poruszać się bardziej energetycznie, powodując stopienie się lodu w ciekłą wodę.