Topnienie

Kawałek parafiny, rzucony do wody o temperaturze pokojowej pozostaje w stanie stałym, przeciwnie zamieni się on na płyn, gdy go wrzucimy do wody gorącej (o temperaturze powyżej 56 stopni). Plomba ołowiana, papierek cynowy (do owijania czekolady) w płomieniu świecy stają się płynnymi, jak mówimy topią się. W pewnych porach roku w naturze spotykamy się z topnieniem lodu lub śniegu. Topnienie zatem jest to zjawisko, które bardzo często w życiu zaobserwować możemy. Na podstawie tego, co już wiemy o cieple, postarajmy się bliżej przyjrzeć się tego rodzaju przykładom, a może uda nam się zauważyć pewne ważne i ciekawe, im wszystkim wspólne, właściwości i warunki, które są niezbędne dlatego, żeby te zjawiska zajść mogły.

Trochę naftaliny (około 5 gr.) umieszczamy w szerokiej probówce, którą osadzamy w łapce statywy i zanurzamy w większym naczyniu szklanym lub blaszanym, wypełnionym wodą. Naczyńko zawierające naftalinę nie powinno się opierać o dno naczynia z wodą. Naczynie to zaczynamy powoli ogrzewać, mieszając w nim wodę szklaną bagietką. Jednocześnie termometr stu-stopniowy zanurzamy do naftaliny.

W miarę ogrzewania termometr będzie wskazywał coraz to wyższą temperaturę, gdy jednak dojdzie do 78 stopni, dalszy wzrost temperatury ustanie, chociaż woda nadal ogrzewana, dostarcza ciepła naftalinie. Naftalina zacznie się topić, tj. przechodzić ze stanu stałego w stan płynny i gdy cała zamieni się na ciecz, ciepło, dostarczone jej przez wodę, znowuż będzie zużywane na podwyższenie jej temperatury, co, wskaże zanurzony w naftalinie termometr, którym ciągle należy mieszać topiącą się naftalinę.

Temperatura 78 stopni, w której powstawały w probówce pierwsze aż do ostatnich krople płynnej naftaliny, nazywa się w fizyce temperaturą albo punktem topnienia naftaliny. Każde ciało może się zacząć topić dopiero wtedy, gdy zostało ogrzane do właściwej mu temperatury topnienia.

Gdybyśmy podczas mroźnego dnia wzięli z podwórza trochę śniegu np. o temperaturze – 10 stopni i  umieściwszy go w lejku razem z termometrem, zaczęli obserwować zmiany, jakie w nim samym i termometrze zachodzić będą pod wpływem ciepła pokoju ogrzanego, to zwróciłyby naszą uwagę następujące objawy.

W pierwszej chwili termometr wskazywał – 10 stopni, następnie – 9, – 8 itd. Temperatura podnosiłaby się aż do zera i tu nastąpiłoby zatrzymanie się słupka rtęciowego, które trwałoby dotąd, aż stopiłby się ostatni płatek śniegu. Więc chociaż powietrze pokoju (mające np. 15®G) stale dostarczało ciepła dla śniegu, temperatura śniegu była ciągle równa 0 stopni od pierwszej aż do ostatniej chwili całego procesu topnienia.

Taką samą niezmienność temperatury podczas topnienia widzieliśmy Już na przykładzie naftaliny w pierwszym naszym doświadczeniu.

Biorąc wiele innych ciał do podobnych doświadczeń, moglibyśmy stwierdzić, że chociaż każde z nich topi się w innej temperaturze, to jednak temperatura każdego pozostaje niezmienną przez cały czas jego topnienia.

Spotykamy się tu z faktem, że ciepło, dostarczone ciału topniejącemu, nie podnosi jego temperatury, nie działa na termometr, tj. jakby ukrywa się przed tym ostatnim. Dlatego też nazywają je w fizyce niekiedy utajonym ciepłem topnienia.

Na cóż w takim razie zostaje ciepło topnienia zużyte, skoro nie służy do podniesienia temperatury?

Skutek działania ciepła tego jest przecież widoczny. Wszak ciało stałe dzięki niemu stało się płynnym. A więc to ciepło utajone idzie na wywołanie jakby przebudowy wewnętrznej w ugrupowaniu się cząsteczek ciała względem siebie, zużywa się jak gdyby dla rozluźnienia spoistości ciała, dzięki czemu zamiast stałego stanu skupienia otrzymujemy stan ciekły.

Kosztem pracy mechanicznej moglibyśmy niejedno ciało rozetrzeć na proszek, tj. otrzymać ciało sypkie, które cokolwiek przypominałoby nam ciecz. Otóż podobną pracę, jakby upłynnienia ciała stałego, wykonywa w rozważanych przykładach ciepło, robiąc to jednak nierównie subtelniej.