VARMEKURVE: HVA ER DET, HVORDAN GJØRES DET, EKSEMPLER - FYSISK - 2026

En varmekurve er den grafiske representasjonen av hvordan temperaturen på en prøve varierer som en funksjon av tiden, holder trykket konstant og tilfører varme jevn, det vil si i en konstant hastighet.

For å konstruere en graf av denne typen blir det tatt par av temperatur- og tidsverdier, som senere er grafen ved å plassere temperaturen på den vertikale aksen (ordinat) og tiden på den horisontale aksen (abscissa).

Figur 1. Oppvarmingskurven til et stoff oppnås ved å tilsette varme og måle temperaturen hvert bestemt tidsintervall. Kilde: Pixabay.

Deretter tilpasses den mest passende kurven til disse eksperimentelle punkter, og til slutt oppnås en graf av temperaturen T som en funksjon av tiden t: T (t).

Hva er varmekurven?

Når det varmes opp, går et stoff gjennom forskjellige tilstander i rekkefølge: fra å være et fast stoff kan det bli en damp, og nesten alltid passere gjennom flytende tilstand. Disse prosessene kalles tilstandsendringer, der prøven øker sin indre energi mens varme tilsettes, som indikert av molekylær kinetisk teori.

Når du tilfører varme til en prøve, er det to muligheter:

- Stoffet øker temperaturen, gitt at partiklene omrøres med større intensitet.

- Materialet gjennomgår en faseendring, der temperaturen forblir konstant. Tilsetning av varme har effekten til å svekkes til en viss grad kreftene som holder partiklene sammen, og det er derfor det er lett å gå fra is til flytende vann, for eksempel.

Figur 2 viser de fire tilstandstilstandene: faststoff, væske, gass og plasma, og navnene på prosessene som tillater overgangen mellom dem. Pilene indikerer retningen på prosessen.

Figur 2. Tilstandene til materie og prosesser som er nødvendige for å passere mellom det ene og det andre. Kilde: Wikimedia Commons.

-Statendringer i et stoff

Begynn med en prøve i fast tilstand, når den smelter går den til en flytende tilstand, når den fordamper blir den til en gass og gjennom ionisering blir den til plasma.

Det faste stoffet kan omdannes direkte til en gass ved en prosess kjent som sublimering. Det er stoffer som lett sublimerer ved romtemperatur. Den mest kjente er CO ₂ eller tørris, samt naftalen og jod.

Mens prøven gjennomgår en endring av tilstanden, forblir temperaturen konstant til den når den nye tilstanden. Dette betyr at hvis du for eksempel har en del flytende vann som har nådd kokepunktet, forblir temperaturen konstant til alt vannet har blitt til damp.

Av denne grunn forventes oppvarmningskurven å være sammensatt av en kombinasjon av økende seksjoner og horisontale seksjoner, der sistnevnte tilsvarer faseendringer. En av disse kurvene er vist i figur 3 for et gitt stoff.

Figur 3. En varmekurve for et gitt stoff, med den typiske konfigurasjonen basert på trinn og skråninger.

Tolkning av varmekurven

I vekstintervallene ab, cd og ef finnes stoffet som henholdsvis en fast, flytende og gass. I disse regionene øker den kinetiske energien og med den temperaturen.

Mens det i bc endrer tilstanden fra faststoff til væske, derfor eksisterer de to fasene. Dette skjer i delen der prøven endres fra væske til gass. Her endrer den potensielle energien seg, og temperaturen forblir konstant.

Den omvendte prosedyren er også mulig, det vil si at prøven kan avkjøles for å adoptere andre tilstander suksessivt. I dette tilfellet snakker vi om en kjølingskurve.

Varmekurvene har samme generelle utseende for alle stoffer, selv om det selvfølgelig ikke er de samme tallverdiene. Noen stoffer tar lenger tid enn andre for å endre tilstand, og de smelter og fordamper ved forskjellige temperaturer.

Disse punktene er kjent som henholdsvis smeltepunkt og kokepunkt, og er kjennetegn ved hvert stoff.

Derfor er varmekurvene veldig nyttige, siden de indikerer den numeriske verdien av disse temperaturene for millioner av stoffer som eksisterer som faste stoffer og væsker i området temperaturer som anses som normale og ved atmosfæretrykk.

Hvordan lager du en oppvarmingskurve?

I prinsippet er det veldig enkelt: bare plasser en prøve av stoffet i en beholder utstyrt med en rører, sett inn et termometer og varm jevnt.

Samtidig, i begynnelsen av prosedyren, aktiveres en stoppeklokke og de korresponderende temperatur-tidsparene noteres fra tid til annen.

Varmekilden kan være en gassbrenner, med god oppvarmingshastighet, eller en elektrisk motstand som avgir varme når den blir oppvarmet, som kan kobles til en variabel kilde for å oppnå forskjellige krefter.

For større presisjon er det to teknikker som er mye brukt i kjemilaboratoriet:

- Differensiell termisk analyse.

- Differensial skanning kalorimetri.

De sammenligner temperaturforskjellen mellom prøven som er undersøkt og en annen referanseprøve med en høy smeltetemperatur, nesten alltid et aluminiumoksyd. Med disse metodene er det lett å finne smelte- og kokepunktene.

Eksempler (vann, jern …)

Vurder varmekurvene for vann og jern som er vist på figuren. Tidsskalaen er ikke vist, men det er øyeblikkelig å skille smeltetemperaturene for begge stoffene som tilsvarer punkt B i hver graf: for vann 0 ºC, for jern 1500 ºC.

Figur 4. Varmekurver for vann og jern.

Vann er et universelt stoff, og temperaturområdet som er nødvendig for å se tilstandens endringer er lett å oppnå på laboratoriet. Mye høyere temperaturer kreves for jern, men som nevnt ovenfor endrer formen på grafen seg ikke vesentlig.

Smelter isen

Ved oppvarming av isprøven er vi i henhold til grafen på punkt A, ved en temperatur under 0 º C. Det observeres at temperaturen øker med en konstant hastighet til den når 0 ºC.

Vannmolekylene i isen vibrerer med større amplitude. Når smeltetemperaturen (punkt B) er nådd, kan molekylene allerede bevege seg foran hverandre.

Energien som kommer er investert i å redusere den attraktive kraften mellom molekylene, så temperaturen mellom B og C forblir konstant til all isen har smeltet.

Vend vann til damp

Når vannet er helt i flytende tilstand, øker molekylenes vibrasjoner igjen, og temperaturen øker raskt mellom C og D opp til kokepunktet på 100 ° C. Mellom D og E forblir temperaturen ved den verdien mens energien som ankommer sikrer at alt vannet i beholderen fordamper.

Hvis all vanndamp kan være inne i en beholder, kan den fortsette å varme fra punkt E til punkt F, hvis grense ikke er vist på grafen.

En jernprøve kan gå gjennom de samme endringene. Gitt materialets art er temperaturområdene imidlertid veldig forskjellige.

referanser

1. Atkins, P. Principles of Chemistry: The Paths of Discovery. Redaksjonell Médica Panamericana. 219-221.
2. Chung, P. Varmekurver. Gjenopprettet fra: chem.libretexts.org.
3. Varmekurver. Fusion Heat og Vaporization. Gjenopprettet fra: wikipremed.com.
4. Hewitt, Paul. 2012. Konseptuell fysisk vitenskap. Femte. Ed. Pearson. 174-180.
5. University of Valladolid. Grad i kjemi, gjenvunnet fra: losji.uva.es.