W fizyki i metalurgii , fuzja jest przejście z korpusu ze stanu stałego do ciekłego stanu .
W przypadku czystej substancji, to znaczy substancji złożonej z atomów lub cząsteczek, które są identyczne, fuzja zachodzi w stałej temperaturze zwanej temperaturą topnienia . Temperatura topnienia lub krzepnięcia czystej substancji, zwana „temperaturą topnienia”, jest stałą, która w bardzo niewielkim stopniu zależy od ciśnienia (w przeciwieństwie do temperatury wrzenia , patrz diagram fazowy ).
Jeśli temperatura topnienia czystej substancji jest stałą fizyczną, jej temperatura krzepnięcia może się zmieniać. Na przykład woda może zamarzać w atmosferze w temperaturach rzędu -39 ° C ( przechłodzenie wody ).
| Czyste ciało | Temperatura topnienia / krzepnięcia (° C) | Temperatura wrzenia / upłynniania (° C) |
|---|---|---|
| woda | 0 ° C | 100 ° C |
| Cykloheksan | 6 ° C | 81 ° C |
| Rtęć | -39 ° C | 357 ° C |
| Żelazo | 1535 ° C | 2750 ° C |
Z drugiej strony, temperatura topnienia mieszaniny czystych substancji (patrz Diagram fazowy> Diagram binarny i trójskładnikowy ) jest ustalana w zakresie temperatur (z wyjątkiem eutektyki ) i zależy od proporcji każdego składnika mieszaniny. .
W praktyce ciało umieszcza się w pojemniku, aby je pomieścić, gdy stanie się płynne. Ogólnie pojemnik jest ogrzewany od dołu za pomocą płomienia lub oporu elektrycznego; dlatego topienie rozpoczyna się od części stykającej się z pojemnikiem. W piekarniku ciepło jest dostarczane przez powietrze i promieniowanie ze ścian, więc topi się przede wszystkim blat. W metalurgii czasami praktykujemy stapianie za pomocą łuku elektrycznego ( spawanie łukowe , stal elektryczna ): energia cieplna jest dostarczana przez przepływ prądu w powietrzu między elektrodami. Gdy pojemnik jest wykonany z metalu ferromagnetycznego, a temperatura topnienia ciała stałego jest poniżej punktu Curie pojemnika, można go podgrzać przez indukcję . Ciała nieprzewodzące mogą być podgrzewane przez mikrofale .
Podczas ogrzewania czystego ciała stałego jego temperatura wzrasta. Następnie, po osiągnięciu temperatury topnienia, dostarczone ciepło jest wykorzystywane do przemiany ciało stałe w ciecz, temperatura pozostaje stabilna. Po zakończeniu topienia dostarczone ciepło podnosi temperaturę cieczy.
Ciepło potrzebne do stopienia ciała nazywane jest entalpią topnienia lub utajonym ciepłem topnienia, L f . Wyrażany jest na jednostkę ilości materiału (J / mol) lub na jednostkę masy (J / kg).
W niektórych przypadkach dwie czyste substancje mogą się doskonale mieszać w stanie stałym. Tak jest na przykład w przypadku stopów złoto-srebro (Au-Ag) lub bizmut-antymon (Bi-Sb). Atomy lub cząsteczki dwóch czystych substancji są mieszane w sposób losowy, mówi się o „pojedynczym roztworze stałym”. W takich przypadkach temperatura zmienia się w sposób ciągły podczas topienia. Jednak krzywa grzania jest zakrzywiona, ponieważ tylko część dostarczonej energii podwyższa temperaturę, pozostała część jest wykorzystywana do topienia. Jeśli podamy temperaturę początku i końca krzepnięcia jako funkcję składu chemicznego (tzw. Wykres binarny), otrzymamy pojedyncze wrzeciono.
W rzeczywistości układ nie zestalił się w sposób jednolity, skład nie wszędzie w bryle jest taki sam (zjawisko segregacji ). Dlatego temperatura topnienia nie jest jednolita. Klasyczne krzepnięcie zaczyna się na krawędziach i kończy w środku; stapianie przebiega zatem w odwrotnej kolejności, ponieważ środek jest częścią o najniższej temperaturze topnienia.