Плавление и кристаллизация

Весна. Выглянуло солнышко, и сквозь осевшие сугробы и журчащие ручьи пробиваются первые подснежники. Но взгляните на рисунок: температура и снега, и талой воды остаётся 0 °С. Так будет до тех пор, пока не растает последний кристаллик льда, даже если температура воздуха станет +10 °С!

В физике превращение кристаллического тела в жидкость называют плавлением. Поэтому превращение снега (а он состоит из мельчайших кристалликов льда) в воду – это также плавление.

Лёд – не единственное кристаллическое тело. Например, можно разглядеть через лупу кристаллики стеарина, а также железа и других металлов, если надломить свечу или проволоку.

Многочисленные наблюдения за плавлением разных тел показывают, что каждое кристаллическое тело плавится при строго определенной температуре; во время плавления температура тела и образующейся жидкости одинакова и остается постоянной до тех пор, пока всё тело не расплавится.

Если расплав кристаллического тела охлаждать, то наступит его кристаллизация – образование кристаллов твёрдого вещества. Как ни удивительно, но температура жидкого и твёрдого веществ во время этого будет оставаться постоянной, пока вся жидкость не отвёрдеет. Кроме того, она будет равна температуре плавления. Это подтверждается опытами.

Плавление и отвёрдевание тел часто изображают графически. Рассмотрим один из таких графиков. Пусть, например, кусочек свинца положили в ложку и поместили над горелкой.

На участке AB горелка не была зажжена, и свинец имел комнатную температуру, 20 °С. На этапе BC твёрдый свинец постепенно прогревался, и вскоре его температура достигла температуры плавления, 327 °С. Затем он начал плавиться, и в ложке одновременно сосуществовали твёрдый и жидкий свинец (участок CD). После окончания этого этапа температура свинца вновь стала повышаться, так как пламя всё ещё продолжало гореть (участок DE).

В момент времени, соответствующий точке E, горелку погасили, и температура жидкого свинца начала понижаться (участок EF). Как видите, остывание происходило медленнее, чем нагревание (сравните наклон участков EF и DE).

В точке F температура расплава достигла 327 °С и длительное время оставалась постоянной, так как происходила кристаллизация. Следовательно, на участке FG сосуществуют жидкий и твёрдый свинец. Наконец, на участке GH остывает (отдаёт теплоту) уже полностью отвёрдевший свинец.