- Lexikon
- Physik
- 3 Wärmelehre
- 3.3 Aggregatzustandsänderungen
- 3.3.0 Aggregatzustandsänderungen
- Schmelzen und Erstarren
Als Schmelzen bezeichnet man den Übergang vom festen in den flüssigen Aggregatzustand, als Erstarren den umgekehrten Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatzustand. Dabei gilt:
Die Zusammenhänge beim Schmelzen und Erstarren sind in Bild 2 dargestellt. Dabei gilt:
Die Schmelz- bzw. Erstarrungstemperaturen können sehr unterschiedlich sein. Meist werden diese Temperaturen auf den normalen Luftdruck von 1 013 hPa bezogen. Dabei ist zu beachten: Es gibt auch Stoffe, für die man keine genaue Schmelztemperatur, sondern nur einen Temperaturbereich angeben kann, in dem sie schmelzen. Es sind so genannte amorphe Stoffe. Zu ihnen gehören z. B. Wachs und Glas.
Bei Wasser und teilweise auch bei anderen Stoffen spielt die Druckabhängigkeit der Schmelztemperatur eine Rolle.
Für Wasser gilt:
Je größer der Druck ist, desto niedriger ist die Schmelztemperatur von Eis.
Bei fast allen anderen Stoffen, die sich beim Erstarren zusammenziehen, gilt umgekehrt:
Je größer der Druck ist, desto höher ist die Schmelztemperatur.
Zum Schmelzen eines Stoffe ist Wärme erforderlich, die beim Erstarren wieder frei wird. Die für einen Stoff zum Schmelzen erforderliche Wärme wird durch die spezifische Schmelzwärme charakterisiert.
Die spezifische Schmelzwärme gibt an, wie viel Wärme erforderlich ist, um 1 kg eines Stoffes zu schmelzen.
Formelzeichen: |
Einheit: | ein Kilojoule je Kilogramm |
Für Eis beträgt diese spezifische Schmelzwärme 334 kJ/kg, Um 1 kg Eis zu schmelzen ist also eine Wärme von 334 kJ notwendig. Der Temperaturverlauf beim Schmelzen von Eis ist in Bild 4 dargestellt.
Besitzt ein Körper eine beliebige Masse m, dann kann die zum Schmelzen des Körpers erforderliche Schmelzwärme mit folgender Gleichung berechnet werden:
Die spezifischen Schmelzwärmen verschiedener Stoffe sind in Bild 5 angegeben.
Mit dem Teilchenmodell lassen sich die Vorgänge beim Schmelzen folgendermaßen deuten: Bei Zufuhr von Wärme erhöht sich die kinetische Energie der Teilchen des festen Körpers, die einen bestimmten Platz einnehmen, um den sie hin- und herschwingen. Die Teilchen bewegen sich heftiger, ihr mittlerer Abstand voneinander vergrößert sich. Schließlich können sie ihren festen Platz verlassen und sich beliebig gegeneinander bewegen. Der Stoff liegt dann als Flüssigkeit vor.
Beim Erstarren vollziehen sich die Vorgänge in umgekehrten Richtung: Bei Wärmeabgabe verringert sich die kinetische Energie der Teilchen. Ihr mittlerer Abstand voneinander wird kleiner. Schließlich werden sie aneinander gebunden und nehmen so einen festen Platz ein, um den sie hin- und herschwingen.
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