第三節 熔解比潛熱
熔解比潛熱的定義

熔解比潛熱的定義為,每 \(1~\textrm{kg}\) 質量的固體熔解為液體所需吸收的潛熱。表達式為 \[\ell_\textrm{f}=\frac{E}{m}\]

其中 \(E\) 為物質吸收的潛熱,\(m\) 為發生轉變的固體的質量,\(\ell_\textrm{f}\) 為熔解比潛熱,其單位為 \(\textrm{J}\,\textrm{kg}^{-1}\)。

顯然,\(1~\textrm{kg}\) 液體凝固成固體所釋放的潛熱,等於這 \(1~\textrm{kg}\) 固體熔解為液體所吸收的潛熱。我們可以通過熔解比潛熱計算物體凝固時釋放的熱量。

物質 熔解比潛熱
水銀 \(11\times 10^3\)
\(14\times 10^3\)
\(25\times 10^3\)
\(68\times 10^3\)
白鑄鐵 \(138\times 10^3\)
\(210\times 10^3\)
\(334\times 10^3\)
一些常見物質的熔解比潛熱,單位均為 \(\textrm{J}\,\textrm{kg}^{-1}\)。
熔解比潛熱的測量

以下我們測量冰的熔解比潛熱。

實驗如所示。裝置分為實驗組與對照組,設置相同,均是在漏斗中盛滿 0℃ 的碎冰,插入浸沒式電熱器,並用燒杯收集熔解所得的水。只有實驗組的電熱器外接至焦耳計與電源。

實驗開始時記下焦耳計此時的讀數 \(J_1\)。將實驗組的加熱器通電一段時間後,斷開電源,記下焦耳計此時的讀數 \(J_2\)。最後,將兩燒杯取走,用電子磅測量它們連同杯的質量,實驗組為 \(m_1\),對照組為 \(m_2\)。冰的熔解比潛熱為 \[\ell_\textrm{f}=\frac{J_2-J_1}{m_1-m_2}\]

實驗中,我們需留意以下細節:

  • 實驗使用碎冰塊,增加冰與加熱器的接觸面,令加熱器產生的熱盡量被冰塊吸收,減少能量散失。
  • 由於環境本身的溫度比冰塊高,亦會對冰塊傳熱,所以需設置對照組,這樣兩組收集到的水相差的部分,正是由於電熱器加熱而熔解的。
  • 加熱器斷電後,應再等待一段時間,待發熱絲冷卻,令電流產生的熱充分傳遞至冰塊。
  • 由於熱量的散失,冰塊吸收的熱總是小於加熱器消耗的能量。所以,實驗測得的熔解比潛熱要比實際的大。
測量冰的熔解比潛熱。
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