Плавка міді в домашніх умовах

На зорі людства люди намагалися освоїти створення різних елементів з металів. Такі речі були більш витончені, тонкі і довговічні. Одним з перших була «підкорена» мідь. Наявність руди вимагало розплавлення матеріалу і відділення від шлаку. Це виконувалося в розжареному вугіллі на землі. Температуру нагнітали хутром, створюють жар. Процес був гарячим і трудомістким, але дозволяв отримувати незвичайні прикраси, посуд і знаряддя праці. Окремим напрямком стало виготовлення зброї для полювання, яке могло служити довгий час. Температура плавлення міді відносно невисока, що дозволяє і сьогодні плавити її в побутовій обстановці і виробляти предмети, необхідні для ремонту механізмів або електричного обладнання. Яка температура плавки у міді і її сплавів? Чим можна виконати цю процедуру в домашніх умовах?

Головне про мідь

У таблиці Менделєєва цей матеріал отримав назву Cuprum. Йому присвоєно атомний номер 29. Це пластичний матеріал, відмінно обробляється в твердому вигляді шліфувальних і різьбленим обладнанням. Хороша провідність напруги дозволяє активно використовувати мідь в електриці і промисловому обладнанні.

У земній корі матеріал знаходиться в вигляді сульфідної руди. Часто зустрічаються поклади виявляються в Південній Америці, Казахстані, Росії. Це мідний колчедан і мідний блиск. Вони утворюються при середній температурі, як геотермальні тоненькі пласти. Знаходять і чисті самородки, які не потребують відділенні шлаку, але вимагають плавлення для добавки інших металів, т. К. В чистому вигляді мідь зазвичай не використовується.

Червоно-жовтий відтінок метал має завдяки оксидної плівці, що покриває поверхню відразу, при взаємодії з киснем. Оксид не тільки надає гарний колір, але і сприяє більш високим антикорозійним властивостям. Матеріал без оксидної плівки має світло-жовтий колір.

Плавиться чиста мідь при досягненні температури 1 080 градусів. Це відносно невисока цифра дозволяє працювати з металом як у виробничих умовах, так і вдома. Інші фізичні властивості матеріалу такі:

• Щільність міді в чистому вигляді становить 8,94 х 103 кг / м квадратний.
• Відрізняється метал і хорошою електропровідністю, яка при середній температурі в 20 градусів є 55,5 S .
• Мідь добре передає тепло, і цей показник становить 390 Дж / кг.
• Виділення вуглецю при кипінні рідкого матеріалу починається від 2595 градусів.
• Електричний опір (питомий) в температурному діапазоні від 20 до 100 градусів – 1,78 х 10 Ом / м.

Температура плавлення міді і його сплавів

Графік плавлення міді має п’ять ступенів процесу:

1. При температурі 20-100 градусів метал знаходиться в твердому стані. Подальший нагрів сприяє зміні кольору, що відбувається при видаленні верхнього оксиду.
2. При досягненні позначки температури в 1083 градусів, матеріал переходить в рідкий стан, а його колір стає абсолютно білим. У цей момент руйнується кристалічна решітка металу. На невеликий період зростання температури припиняється, а після досягнення повністю рідкої стадії, відновлюється.
3. Закипає матеріал при 2595 градусах. Це схоже з кипінням густої рідини, де також відбувається виділення вуглецю.
4. Коли джерело тепла вимикається, то пікова температура починає знижуватися. При кристалізації відбувається уповільнення зниження температури.
5. Після здобуття твердої стадії, метал остигає остаточно.

Температура плавлення бронзи трохи нижче через наявність у складі олова. Руйнування кристалічної решітки цього сплаву відбувається при досягненні 950-1100 градусів. Мідний сплав з цинком, відомий як латунь, здатний плавитися від 900 ° C. Це дозволяє працювати з матеріалами при нескладному обладнанні.

Плавлення в побутових умовах

Плавка міді в домашніх умовах можлива кількома способами. Для цього знадобитися ряд пристосувань. Складність процесу залежить від використання конкретного виду обладнання.

Найпростішим способом нагріти мідь до температури плавлення у будинку, є муфельна піч. У майстрів по металу знайдеться такий пристрій, яким можна буде скористатися. Шматочки металу лягають в спеціальну ємність – тигель. Він встановлюється в піч, на якій виставляється необхідна температура. Через оглядове вікно можна помітити процес переходу в рідкий стан, і відкривши дверцята видалити оксидну плівку. Робити це необхідно сталевим крюком і в захисній рукавичці. Жар від печі досить сильний, тому діяти необхідно акуратно.

Ще одним способом плавки міді в домашніх умовах є пропан-кисневе полум’я. Воно добре підходить і для сплавів металу з цинком або оловом. Як робочий інструмент в руках майстра може бути пальник або різак. Ацетилен-кисневе полум’я теж підійде, але погріти матеріал доведеться трохи довше. Шматочки сплаву поміщають в тигель, що встановлюється на жаропрочное підставу. Пальником виконують довільні рухи по всьому корпусу ємності. Швидкий ефект можна отримати, якщо стежити щоб факел полум’я стосувався поверхні тигеля кінчиком синього кольору. Там найбільша температура.

Ще одним способом є потужна мікрохвильовка. Але щоб підвищити теплозберігаючі властивості і захистити внутрішні деталі техніки від перегріву, необхідно помістити тигель в жароміцний матеріал і накрити його зверху. Це можуть бути спеціальні види цегли.

Найпростішим в економічному плані способом служить шар деревного вугілля, на який встановлюється горн з міддю. Посилити жар можна за допомогою пилососа, що працює на видув. Кінчик шланга спрямований на вугілля повинен бути металевим, а сопло мати плоску форму для посилення потоку повітря.

Виготовлення деталей і інших елементів з міді, шляхом її плавки в домашніх умовах, можливо завдяки відносно низькій температурі руйнування кристалічної решітки в матеріалі. Використовуючи описані вище пристосування і ознайомившись з відео, у більшості вийде реалізувати цю мету.

Залишити відповідь Скасувати коментар

Щоб відправити коментар вам необхідно авторизуватись.

2. Питома теплота плавлення

Температура плавлення — це температура, за якої тверда кристалічна речовина плавиться, тобто переходить у рідкий стан.

Кристалізація — це процес переходу речовини з рідкого стану у твердий кристалічний.

Отже:
1) процес кристалізації починається тільки після охолодження рідини до певної для цієї рідини температури;
2) під час кристалізації температура речовини не змінюється;
3) температура кристалізації речовини дорівнює температурі її плавлення.

Кількість теплоти, яка потрібна для плавлення тіла, залежить від його маси.

Кількість теплоти, яка потрібна для плавлення тіла, залежить від роду речовини, з якої виготовлено тіло.

Питома теплота плавлення — фізична величина, що характеризує певну речовину й дорівнює кількості теплоти, яку необхідно передати твердій кристалічній речовині масою 1 кг, щоб за температури плавлення повністю перетворити її на рідину.

Питому теплоту плавлення позначають символом λ («лямбда»).
λ=Q/m

Питома теплота плавлення показує, на скільки за температури плавлення внутрішня енергія 1 кг речовини в рідкому стані більша, ніж внутрішня енергія 1 кг цієї речовини у твердому стані.

Питому теплоту плавлення речовин визначають дослідним шляхом і фіксують у таблицях.

Щоб обчислити кількість теплоти, необхідну для плавлення кристалічної речовини, узятої за температури плавлення, потрібно питому теплоту плавлення цієї речовини помножити на її масу:
Q=λm
Q — кількість теплоти, яку поглинає тверда кристалічна речовина;
λ — питома теплота плавлення;
m — маса речовини.

Кількість теплоти, яка виділяється під час кристалізації, розраховують за тією самою формулою.

Фізика : підруч. для 8 кл. загальноосвіт. навч. закл. / [В. Г. Бар’яхтар Я. Божинова, С. О. Довгий, О. О. Кірюхіна] ; за ред. В. Г. Бар’яхтара О. Довгого. — X. : Вид-во «Ранок», 2016. — 240 с. : іл., фот.

Фізика : підруч. для 8 кл. загальноосвіт. навч. закладів / Т. М. Засєкіна, Д. О. Засєкін. — К. : УОВЦ «Оріон», 2016. — 256 с.

§ 10. Плавлення твердих тіл. Кристалізація

ПЛАВЛЕННЯ ТВЕРДИХ ТІЛ. КРИСТАЛІЗАЦІЯ. Вивчаючи агрегатні стани речовини ви ознайомилися з плавленням і кристалізацією твердих тіл. Плавленням називають процес переходу речовини з твердого стану в рідкий (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Плавлення льоду

Зворотний процес переходу речовини з рідкого стану в твердий називають кристалізацією (твердненням). Кристалічні тіла плавляться та тверднуть за певної сталої для кожної речовини температури, яку називають температурою плавлення. Різні кристалічні тіла плавляться та тверднуть при різних температурах (табл. 10.1).

Температура плавлення та кристалізації деяких речовин

Речовина

Температура плавлення/кристалізації t_пл°

Для кожної кристалічної речовини є своя температура плавлення. Наприклад, температура плавлення вольфраму становить 3387 °С, заліза — 1535 °С, алюмінію — 660 °С, нафталіну — 80 °С. Є метали, які плавляться при температурі, меншій за температуру тіла людини (рис. 10.2).

Під час нагрівання твердого тіла інтенсивність коливального руху молекул у кристалі підвищується, а з досягненням температури плавлення коливання стають такими інтенсивними, що молекули (атоми) уже не можуть утриматися у вузлах ґратки і вона руйнується — відбувається плавлення. У процесі плавлення вся енергія, що передається твердому тілу, надходить на руйнування його кристалічної ґратки, тому під час плавлення температура кристалічної речовини залишається сталою.

Отже, внутрішня енергія розплаву завжди більша, ніж внутрішня енергія такої самої маси кристалів за тієї самої температури.

Спостереження показують, що температура плавлення не тільки визначається природою речовини, а й залежить від тиску. Якщо плавлення речовини супроводжується збільшенням її об’єму, то зі зростанням зовнішнього тиску температура плавлення цієї речовини підвищується. Якщо плавлення речовини супроводжується зменшенням її об’єму (наприклад, льоду, чавуну, вісмуту, сурми), то під час підвищення зовнішнього тиску температура плавлення цієї речовини знижується.

Рис. 10.2. Температура плавлення металу галію становить 29 °С

Під час кристалізації речовини відбувається протилежний процес. Середня кінетична енергія молекул зменшується. Сили притягання починають утримувати молекули між собою. Як наслідок, рух молекул стає впорядкованим — утворюються кристали. Енергія, що виділяється під час тверднення речовини, витрачається на підтримання сталої температури. Температура кристалізації речовини дорівнює температурі її плавлення.

Досліди показують: якщо взяти різні речовини однакової маси, то для перетворення цих речовин у рідину при температурі плавлення необхідна різна кількість теплоти.

Фізичну величину, що показує кількість теплоти, необхідну для повного перетворення 1 кг кристалічної речовини з твердого стану в рідкий за сталої температури плавлення, називають питомою теплотою плавлення:

Одиницею питомої теплоти плавлення у СІ є:

Питому теплоту плавлення кристалічної речовини визначають експериментально за допомогою калориметра. У табл. 10.2. наведено значення питомої теплоти плавлення та кристалізації певних речовин.

Питома теплота плавлення та кристалізації речовини

З формули (10.1) випливає, що для плавлення твердого тіла масою m потрібно надати кількість теплоти, пропорційну його масі:

Q = λm. (10.2)

Відповідно до закону збереження енергії, під час кристалізації речовини виділяється певна кількість теплоти. Тому під час випадання снігу підвищується температура навколишнього середовища. За кристалізації речовини її внутрішня енергія зменшується. Кількість теплоти, що виділяється під час кристалізації речовини, визначають за формулою

Q = -λm. (10.3)

Особливості плавлення та кристалізації твердих тіл розглянемо на прикладі графіка залежності температури льоду від часу його нагрівання (рис. 10.3). По горизонтальній осі відкладено час нагрівання, а по вертикальній — температуру в градусах Цельсія. Для спостереження візьмемо певну кількість льоду при температурі -40 °С. Нехай для нагрівання використано нагрівник постійної потужності, тоді кількість теплоти, яка ним виділяється, буде прямо пропорційна часу роботи нагрівника (кількість теплоти дорівнює добутку потужності нагрівника на час його роботи).

При нагріванні льоду до 0 °С його температура збільшилася від -40 °С до 0 °С (ділянка АВ). Збільшення температури відбувалося до 0 °С — температури плавлення льоду. При досягненні 0 °С лід почав плавитися, а температура суміші льоду й утвореної з нього води не змінювалася, хоча нагрівання тривало (ділянка на графіку ВС). Після того як увесь лід розтанув, температура утвореної води почала підвищуватися (ділянка CD).

Рис. 10.3. Графік залежності температури льоду від часу його нагрівання

Розглянемо процес охолодження та кристалізації води. Продовжимо розгляд графіка на ділянках DE, EF, FK. Коли температура води досягла +40 °С (точка D), нагрівання води припинилося, вода стала охолоджуватися (ділянка DE). Коли температура води знизилася до 0 °С (точка Е), почався процес кристалізації води. Кристалізація відбувається, як бачимо, при сталій температурі, що дорівнює температурі плавлення (ділянка EF) з виділенням теплоти речовиною. Відповідно до закону збереження енергії виділена енергія дорівнює теплоті плавлення. Поки вся вода не замерзає, її температура не змінюється, і лише після завершення процесу кристалізації температура утвореного льоду починає знижуватися (ділянка FK).

РОЗРАХУНОК КІЛЬКОСТІ ТЕПЛОТИ ПРИ ПЛАВЛЕННІ ТВЕРДИХ ТІЛ ТА КРИСТАЛІЗАЦІЇ. Аналізуючи особливості процесів плавлення та кристалізації твердих тіл, можна зробити висновок, що для плавлення речовини, взятої при температурі плавлення, їй необхідно надати кількість теплоти, обчислену за формулою (10.2): Q = λm.

Для того щоб розплавити кристалічну речовину, взяту при температурі t (нижчій за температуру плавлення), її спочатку необхідно нагріти до температури плавлення, надавши кількість теплоти Q₁ = cm(t_пл – t), а потім надати кількість теплоти, необхідну для плавлення: Q₂ = λm.

Отже, кількість теплоти, потрібна для плавлення речовини, взятої при температурі, нижчій за температуру плавлення, обчислюється за формулою:

Q = cm(t_пл – t) + λm. (10.4)

Під час охолодження та тверднення кристалічна речовина виділить таку саму кількість теплоти:

Q = cmΔt + λm. (10.5)

Зверніть увагу, що розраховуючи кількість теплоти, яку віддає тіло під час охолодження до температури тверднення, зміну температури Δt визначають, віднімаючи від більшого значення менше.

Головне в цьому параграфі

Кристалічні тіла плавляться і тверднуть за певної, сталої для кожної речовини, температури, яку називають температурою плавлення. Температура плавлення речовини дорівнює температурі її кристалізації.

Під час процесу плавлення (тверднення) речовини її температура не змінюється.

Внутрішня енергія розплаву завжди більша, ніж внутрішня енергія такої самої маси кристалів за тієї самої температури.

Для плавлення кристалічного тіла масою m йому потрібно надати кількість теплоти, пропорційну масі тіла Q = λm.

Під час тверднення речовини її внутрішня енергія зменшується, за рахунок виділення кількості теплоти, що дорівнює Q = -λm.

Запитання для самоперевірки

• 1. Що називають плавленням речовини?
• 2. Що називають кристалізацією речовини?
• 3. Назвіть основні особливості процесів плавлення та кристалізації.
• 4. Поясніть, чому під час плавлення та кристалізації речовини її температура не змінюється.
• 5. Порівняйте внутрішню енергію речовини, взятої при температурі плавлення, та її розплаву.
• 6. Що називають питомою теплотою плавлення?
• 7. Як обчислюють кількість теплоти, необхідну для плавлення речовини, взятої за температури плавлення?

Вправа до § 10

• 1(п). Поясніть, які зміни внутрішньої енергії відбуваються при плавленні 1 кг льоду та 1 кг заліза, взятих при температурі плавлення.
• 2(п). Поясніть, які зміни внутрішньої енергії відбуваються при кристалізації 1 кг олова.
• 3(c). Яку кількість теплоти потрібно витратити, щоб розплавити 150 кг міді при температурі її плавлення?
• 4(c). Визначте речовину, при кристалізації 40 г якої виділяється 6 кДж теплоти.
• 5(д). Свинець масою 100 г, взятий при температурі 27 °С, розплавили у сталевій коробці. Знайдіть масу коробки, якщо кількість теплоти, витраченої на теплові процеси, дорівнює 44,2 кДж.
• 6(д). Визначте температуру льоду, що утворився з води масою 5 кг, взятої при температурі 10 °С, якщо під час кристалізації виділилися 2,225 МДж теплоти.
• 7(в). У посудині міститься 2 л води, що має температуру 30 °С. Визначте температуру, яка встановиться в посудині, якщо туди додали 200 льоду, температура якого 0 °С.