Nhiệt nóng chảy riêng

Quan sát hình cùng phần giải thích bên dưới.

Thực nghiệm cho thấy nhiệt lượng cần để làm nóng chảy hoàn toàn một vật đang ở nhiệt độ nóng chảy tỉ lệ với khối lượng của vật: $$Q_{nc}=m\lambda.$$ Đại lượng $\lambda$ là **nhiệt nóng chảy riêng** của chất, đơn vị là J/kg. Nó cho biết nhiệt lượng cần để làm nóng chảy hoàn toàn 1 kg chất ở nhiệt độ nóng chảy. Khối lượng $m$ trong công thức là khối lượng **thực sự nóng chảy**. Nếu chỉ 0,2 kg trong một mẫu 0,5 kg vừa chuyển thành chất lỏng thì phải dùng $m=0{,}2$ kg, không dùng khối lượng toàn mẫu. Khi chất đông đặc ở cùng điều kiện, nó truyền ra môi trường một nhiệt lượng có độ lớn $m\lambda$. Công thức không cho biết nhiệt lượng để đưa chất tới nhiệt độ nóng chảy; phần đó phải được tính riêng.

Một quá trình đun chất rắn kết tinh có thể gồm ba giai đoạn: 1. **Làm nóng chất rắn:** nhiệt độ tăng, dùng $Q_1=mc_{r}\Delta T$. 2. **Làm nóng chảy:** nhiệt độ gần như không đổi, dùng $Q_2=m\lambda$. 3. **Làm nóng chất lỏng:** sau khi chất đã tan hết, dùng $Q_3=mc_{l}\Delta T$. Nhiệt dung riêng ở thể rắn và thể lỏng có thể khác nhau nên phải chọn đúng $c$ cho từng đoạn. Trên đồ thị nhiệt độ–thời gian, đoạn nằm ngang không có nghĩa là chất ngừng nhận năng lượng; năng lượng đang được dùng cho quá trình chuyển thể.

Trong thí nghiệm, cho một khối lượng nước đá nhỏ cùng ít nước lạnh vào bình nhiệt lượng kế, đặt điện trở ngập trong hỗn hợp rồi ghi công suất và nhiệt độ theo thời gian. Điểm nhiệt độ bắt đầu tăng sau đoạn gần 0 $^\circ$C cho biết nước đá vừa tan hết. Nếu khối lượng nước đá là $m$, công suất trung bình là $P$ và thời gian từ lúc bắt đầu cấp điện đến khi đá vừa tan hết là $\tau_0$, mô hình lí tưởng cho: $$P\tau_0=m\lambda \quad\Rightarrow\quad \lambda=\frac{P\tau_0}{m}.$$ Ví dụ, 0,030 kg nước đá tan hết sau 600 s với công suất trung bình 16,7 W: $$\lambda=\frac{16{,}7\times600}{0{,}030}=334000\ \mathrm{J/kg}.$$ Không cộng thời gian làm nóng nước sau khi đá tan. Nếu nước đá ban đầu dưới 0 $^\circ$C hoặc môi trường truyền nhiệt đáng kể, phải tính hay hiệu chỉnh thêm phần năng lượng tương ứng.

Đoạn nằm ngang kết thúc ở 600 s, khi nước đá vừa tan hết. Sau đó nhiệt độ nước tăng. Phần sau điểm chuyển chỉ minh họa xu hướng; không dùng số liệu của đoạn này để tính nhiệt nóng chảy riêng.