Specifična toplina isparavanja vode pri različitim temperaturama. Kolika je specifična toplina isparavanja i kako je odrediti

U ovoj lekciji obratit ćemo pozornost na takvu vrstu isparavanja kao što je vrenje, raspravljati o njegovim razlikama od prethodno razmatranog procesa isparavanja, uvesti takvu vrijednost kao što je vrelište i raspravljati o čemu ona ovisi. Na kraju lekcije uvest ćemo vrlo važnu veličinu koja opisuje proces isparavanja – specifičnu toplinu isparavanja i kondenzacije.

Tema: Agregatna stanja tvari

Pouka: Kuhati. Specifična toplina isparavanja i kondenzacije

U prošloj lekciji već smo razmatrali jednu od vrsta isparavanja – isparavanje – i istaknuli svojstva ovog procesa. Danas ćemo raspravljati o takvoj vrsti isparavanja kao što je proces vrenja, te uvesti vrijednost koja numerički karakterizira proces isparavanja – specifičnu toplinu isparavanja i kondenzacije.

Definicija.Ključanje(Sl. 1) je proces intenzivnog prijelaza tekućine u plinovito stanje, praćen stvaranjem mjehurića pare i koji se odvija u cijelom volumenu tekućine na određenoj temperaturi, koja se naziva vrelište.

Usporedimo dvije vrste isparavanja jedna s drugom. Proces vrenja je intenzivniji od procesa isparavanja. Osim toga, kao što se sjećamo, proces isparavanja odvija se na bilo kojoj temperaturi iznad točke taljenja, a proces vrenja - strogo na određenoj temperaturi, koja je različita za svaku od tvari i naziva se vrelište. Također treba napomenuti da se isparavanje događa samo sa slobodne površine tekućine, odnosno s područja koje je omeđuje od okolnih plinova, a ključanje se događa odmah iz cijelog volumena.

Razmotrimo detaljnije tijek procesa vrenja. Zamislimo situaciju s kojom su se mnogi od nas više puta susreli - ovo je zagrijavanje i kipuća voda u određenoj posudi, na primjer, u loncu. Tijekom zagrijavanja, određena količina topline će se prenijeti na vodu, što će dovesti do povećanja njezina unutarnja energija te povećanje aktivnosti kretanja molekula. Ovaj proces će se nastaviti do određene faze, sve dok energija molekularnog gibanja ne postane dovoljna za početak ključanja.

U vodi su prisutni otopljeni plinovi (ili druge nečistoće), koji se oslobađaju u njenoj strukturi, što dovodi do tzv. nastanka centara isparavanja. Odnosno, u tim se centrima oslobađa para, a u cijelom volumenu vode nastaju mjehurići, koji se promatraju tijekom ključanja. Važno je razumjeti da ti mjehurići nisu zrak, već para, koja nastaje tijekom procesa ključanja. Nakon stvaranja mjehurića, količina pare u njima se povećava, a oni počinju povećavati veličinu. Često se mjehurići u početku formiraju u blizini zidova posude i ne izlaze odmah na površinu; najprije su, povećavajući se u veličini, pod utjecajem rastuće Arhimedove sile, a zatim se odvoje od zida i izdižu na površinu, gdje pucaju i ispuštaju dio pare.

Valja napomenuti da svi mjehurići pare ne dosežu slobodnu površinu vode odjednom. Na početku procesa ključanja voda je još daleko od ravnomjerno zagrijane, a donji slojevi, u blizini kojih se odvija proces prijenosa topline, čak su i topliji od gornjih, čak i ako se uzme u obzir proces konvekcije. To dovodi do činjenice da se mjehurići pare koji se dižu odozdo kolabiraju zbog fenomena površinske napetosti, još ne dosežući slobodnu površinu vode. Istodobno, para koja se nalazila unutar mjehurića prelazi u vodu, čime se dodatno zagrijava i ubrzava proces ravnomjernog zagrijavanja vode u cijelom volumenu. Kao rezultat toga, kada se voda zagrije gotovo ravnomjerno, gotovo svi mjehurići pare počinju dosezati površinu vode i počinje proces intenzivnog isparavanja.

Važno je istaknuti činjenicu da temperatura na kojoj se odvija proces vrenja ostaje nepromijenjena čak i ako se poveća intenzitet opskrbe toplinom tekućine. Jednostavnim riječima Ako se tijekom procesa ključanja u plamenik doda plin koji zagrijava lonac s vodom, to će samo povećati intenzitet vrenja, a ne povećati temperaturu tekućine. Ako se ozbiljnije zadubimo u proces vrenja, vrijedi napomenuti da postoje područja u vodi u kojima se može pregrijati iznad točke vrelišta, ali veličina takvog pregrijavanja u pravilu ne prelazi jednu ili nekoliko stupnjeva i beznačajan je u ukupnom volumenu tekućine. Točka vrenja vode pri normalnom tlaku je 100°C.

U procesu kipuće vode možete primijetiti da je popraćeno karakterističnim zvukovima tzv. Ovi zvukovi nastaju upravo zbog opisanog procesa kolapsa mjehurića pare.

Procesi ključanja drugih tekućina odvijaju se na isti način kao i ključanje vode. Glavna razlika u tim procesima su različite točke vrelišta tvari, koje su pri normalnom atmosferskom tlaku već izmjerene tabličnima vrijednostima. Navedite glavne vrijednosti ovih temperatura u tablici.

Zanimljiva je činjenica da vrelište tekućina ovisi o vrijednosti atmosferskog tlaka, zbog čega smo naveli da su sve vrijednosti u tablici dane pri normalnom atmosferskom tlaku. Kada se tlak zraka poveća, povećava se i vrelište tekućine, a kada se smanji, naprotiv, smanjuje se.

O ovoj ovisnosti točke vrelišta o tlaku okoliš na temelju principa rada tako poznatog kuhinjski aparat poput ekspres lonca (sl. 2). To je tava s poklopcem koji čvrsto pripije, ispod kojeg u procesu isparavanja vode tlak zraka s parom doseže do 2 atmosferska tlaka, što dovodi do povećanja vrelišta vode u njoj do . Zbog toga se voda s hranom u njoj može zagrijati na temperaturu višu od uobičajene (), a proces kuhanja se ubrzava. Zbog ovog učinka uređaj je i dobio ime.

Riža. 2. Ekspres lonac ()

Situacija sa smanjenjem vrelišta tekućine uz pad atmosferskog tlaka također ima primjer iz života, ali za mnoge ljude više nije svakodnevna. Ovaj se primjer odnosi na putovanja penjača u gorju. Pokazalo se da se na području koje se nalazi na nadmorskoj visini od 3000-5000 m vrelište vode, zbog smanjenja atmosferskog tlaka, smanjuje na još niže vrijednosti, što dovodi do poteškoća u kuhanju na planinarenju, jer za učinkovito toplinska obrada proizvoda u ovom slučaju, potrebno je mnogo duže nego u normalnim uvjetima. Na nadmorskoj visini od oko 7000 m, vrelište vode doseže , što onemogućuje kuhanje mnogih proizvoda u takvim uvjetima.

Na toj točki ključanja razne tvari razlikuju se temelje neke tehnologije za odvajanje tvari. Na primjer, ako uzmemo u obzir zagrijavanje ulja, koje je složena tekućina koja se sastoji od mnogih komponenti, tada se u procesu ključanja može podijeliti na nekoliko različitih tvari. U ovom slučaju, zbog činjenice da su vrelišta kerozina, benzina, nafte i loživog ulja različita, mogu se međusobno odvojiti isparavanjem i kondenzacijom na različitim temperaturama. Taj se proces obično naziva frakcioniranjem (slika 3).

Riža. 3 Odvajanje ulja na frakcije ()

Kao i svaki fizički proces, vrenje se mora okarakterizirati pomoću neke numeričke vrijednosti, takva se vrijednost naziva specifična toplina isparavanja.

Kako bi razumjeli fizičko značenje ove vrijednosti, razmotrite sljedeći primjer: uzmite 1 kg vode i dovedite je do točke vrenja, a zatim izmjerite koliko je topline potrebno da se ta voda potpuno ispari (isključujući toplinske gubitke) - ta će vrijednost biti jednaka specifičnoj toplini isparavanje vode. Za drugu tvar ta će vrijednost topline biti drugačija i bit će specifična toplina isparavanja te tvari.

Pokazalo se da je specifična toplina isparavanja vrlo važna karakteristika u moderne tehnologije proizvodnja metala. Ispada da, na primjer, tijekom taljenja i isparavanja željeza, nakon čega slijedi njegova kondenzacija i skrućivanje, kristalna stanica sa strukturom koja pruža veću čvrstoću od izvornog uzorka.

Oznaka: specifična toplina isparavanja i kondenzacije (ponekad označena ).

jedinica mjere: .

Specifična toplina isparavanja tvari određena je pokusima u laboratorijskim uvjetima, a njezine vrijednosti za glavne tvari navedene su u odgovarajućoj tablici.

tvar

Vrenje je intenzivno isparavanje koje nastaje kada se tekućina zagrijava ne samo s površine, već i unutar nje.

Vrenje se događa apsorpcijom topline.
Većina dovedene topline troši se na razbijanje veza između čestica tvari, ostatak je na rad koji se obavlja tijekom širenja pare.
Kao rezultat toga, energija interakcije između čestica pare postaje veća nego između čestica tekućine, pa je unutarnja energija pare veća od unutarnje energije tekućine pri istoj temperaturi.
Količina topline potrebna za prijenos tekućine u paru tijekom procesa vrenja može se izračunati pomoću formule:

gdje je m masa tekućine (kg),
L je specifična toplina isparavanja.

Specifična toplina isparavanja pokazuje koliko je topline potrebno da se 1 kg dane tvari pretvori u paru pri vrelištu. Jedinica određena toplina isparavanje u SI sustavu:
[L] = 1 J/kg
Povećanjem tlaka vrelište tekućine raste, a specifična toplina isparavanja opada i obrnuto.

Tijekom vrenja temperatura tekućine se ne mijenja.
Točka vrelišta ovisi o pritisku koji se vrši na tekućinu.
Svaka tvar pri istom tlaku ima svoju točku vrelišta.
S povećanjem atmosferskog tlaka, vrenje počinje na višoj temperaturi, sa smanjenjem tlaka - obrnuto.
Na primjer, voda ključa na 100°C samo pri normalnom atmosferskom tlaku.

ŠTO SE DOGAĐA UNUTAR TEKUĆINE PRILIKOM KUPANJA?

Vrenje je prijelaz tekućine u paru uz kontinuirano stvaranje i rast mjehurića pare u tekućini, unutar kojih tekućina isparava. Na početku zagrijavanja voda je zasićena zrakom i ima sobna temperatura. Kada se voda zagrije, plin otopljen u njoj oslobađa se na dnu i zidovima posude, stvarajući mjehuriće zraka. Počinju se pojavljivati mnogo prije vrenja. Voda isparava u te mjehuriće. Mjehurić ispunjen parom počinje se napuhavati na dovoljno visokoj temperaturi.

Postigavši određenu veličinu, odvaja se od dna, diže se na površinu vode i puca. U tom slučaju para napušta tekućinu. Ako voda nije dovoljno zagrijana, tada se mjehur pare, dižući se u hladne slojeve, urušava. Nastala kolebanja vode dovode do pojave ogromnog broja malih mjehurića zraka u cijelom volumenu vode: takozvani "bijeli ključ".

Podizna sila djeluje na mjehur zraka na dnu posude:
Fpod \u003d Farchimede - Fgravitacija
Mjehurić je pritisnut na dno, budući da sile pritiska ne djeluju na donju površinu. Kada se zagrije, mjehur se širi zbog otpuštanja plina u njega i odvaja se od dna kada je sila podizanja nešto veća od sile pritiska. Veličina mjehurića koji se može odvojiti od dna ovisi o njegovom obliku. Oblik mjehurića na dnu određen je vlažnošću dna posude.

Nehomogenost vlaženja i spajanje mjehurića na dnu dovelo je do povećanja njihove veličine. Na velike veličine Kada se iza njega diže mjehur, nastaju praznine, praznine i vrtlozi.

Kada mjehur pukne, sva tekućina koja ga okružuje juri prema unutra i nastaje prstenasti val. Zatvarajući, ona izbacuje stup vode.

Kada se rasprsnuti mjehurići kolabiraju u tekućini, šire se udarni valovi ultrazvučnih frekvencija, praćeni zvučnim šumom. Početne faze vrenja karakteriziraju najglasniji i visoki zvukovi(na pozornici " bijeli ključ"čajnik" pjeva").

(izvor: virlib.eunnet.net)

GRAF TEMPERATURE PROMJENA AGREGATNIH STANJA VODE

POGLEDAJTE POLICU KNJIGAMA!

ZANIMLJIV

Zašto postoji rupa na poklopcu čajnika?
Za ispuštanje pare. Bez otvora na poklopcu, para može prskati vodu preko izljeva čajnika.
___

Trajanje kuhanja krumpira, počevši od trenutka vrenja, ne ovisi o snazi grijača. Trajanje je određeno vremenom zadržavanja proizvoda na vrelištu.
Snaga grijača ne utječe na točku vrenja, već samo na brzinu isparavanja vode.

Prokuhavanje može dovesti do smrzavanja vode. Za to je potrebno ispumpati zrak i vodenu paru iz posude u kojoj se nalazi voda, tako da voda cijelo vrijeme ključa.

"Lonci lako zakuhaju preko ruba - na loše vrijeme!"
Pad atmosferskog tlaka koji prati pogoršanje vremena razlog je zašto mlijeko brže "bježi".
___

Vrlo vruća kipuća voda može se dobiti na dnu dubokih rudnika, gdje je tlak zraka mnogo veći nego na površini Zemlje. Dakle, na dubini od 300 m voda će ključati na 101 ͦ C. Uz tlak zraka od 14 atmosfera, voda ključa na 200 ͦ C.
Ispod zvona zračne pumpe možete dobiti "kipuću vodu" na 20 ͦ C.
Na Marsu bismo pili "kipuću vodu" na 45 C.
Slana voda ključa iznad 100 ͦ C. ___

U planinskim predjelima na znatnoj visini, pod sniženim atmosferskim tlakom, voda ključa na temperaturama nižim od 100 ͦ Celzija.

Čekanje da se takav obrok skuha traje dulje.

Prelijte hladno ... i prokuhat će!

Normalno, voda ključa na 100 stupnjeva Celzija. Zagrijte vodu u tikvici na plameniku do vrenja. Ugasimo plamenik. Voda prestaje ključati. Tikvicu zatvaramo čepom i počinjemo pažljivo ulijevati hladnu vodu na čep. Što je? Voda opet ključa!

..............................

ispod mlaza hladna voda malo vode u tikvici, a s njom se vodena para počinje hladiti.
Volumen pare se smanjuje, a tlak iznad površine vode se mijenja...
Što mislite, u kojem smjeru?
... Vrelište vode pri sniženom tlaku je manje od 100 stupnjeva, a voda u tikvici ponovno ključa!
____

Prilikom kuhanja tlak unutar lonca - "preslona" - je oko 200 kPa, a juha u takvom loncu kuhat će se puno brže.

Možete uvući vodu u špricu do otprilike polovice, zatvoriti je istim čepom i oštro povući klip. U vodi će se pojaviti puno mjehurića, što znači da je započeo proces kipuće vode (i to na sobnoj temperaturi!).
___

Kada tvar prijeđe u plinovito stanje, gustoća joj se smanjuje za oko 1000 puta.
___

Prvi električni kuhali za vodu imali su grijače ispod dna. Voda nije došla u dodir s grijačem i ključala je jako dugo. Godine 1923. Arthur Large je otkrio: stavio je grijač u poseban bakrena cijev i stavio ga u čajnik. Voda je brzo proključala.

Samohlađene limenke za bezalkoholna pića razvijene su u SAD-u. U staklenku je montiran pretinac s tekućinom niskog ključanja. Zdrobite li kapsulu vrućeg dana, tekućina će početi ubrzano ključati, oduzimajući toplinu sadržaju staklenke, a za 90 sekundi temperatura napitka pada za 20-25 stupnjeva Celzija.

ZAŠTO?

Mislite li da je moguće tvrdo skuhati jaje ako voda ključa na temperaturi nižoj od 100 stupnjeva Celzija?
____

Hoće li voda ključati u loncu koji pluta u drugom loncu kipuće vode?
Zašto? ___

Možete li kuhati vodu bez zagrijavanja?

Ovo znanje brzo nestaje, a ljudi postupno prestaju obraćati pozornost na bit poznatih pojava. Ponekad je korisno prisjetiti se teorijskog znanja.

Definicija

Što je čir? Ovo je fizički proces tijekom kojeg dolazi do intenzivnog isparavanja kako na slobodnoj površini tekućine tako i unutar njezine strukture. Jedan od znakova vrenja je stvaranje mjehurića koji se sastoje od zasićene pare i zraka.

Vrijedno je napomenuti postojanje takve stvari kao što je vrelište. Brzina stvaranja pare također ovisi o tlaku. Mora biti trajna. U pravilu, glavna karakteristika tekućine kemijske tvari je točka vrelišta pri normalnom atmosferskom tlaku. Međutim, na ovaj proces mogu utjecati i čimbenici kao što je intenzitet zvučni valovi, ionizacija zraka.

Faze vrenja vode

Para će se sigurno početi stvarati tijekom postupka kao što je zagrijavanje. Vrenje uključuje prolazak tekućine kroz 4 stupnja:

Na dnu posude, kao i na njezinim stijenkama, počinju se stvarati mali mjehurići. To je rezultat činjenice da se u pukotinama materijala od kojeg je posuda izrađena nalazi zrak, koji se pod utjecajem visoke temperature širi.
Mjehurići počinju povećavati volumen, zbog čega izbijaju na površinu vode. Ako gornji sloj tekućina još nije dosegla točku vrenja, šupljine tonu na dno, nakon čega se ponovno počinju dizati. Ovaj proces dovodi do stvaranja zvučnih valova. Zato možemo čuti buku kada voda proključa.
Ispliva na površinu najveći broj mjehurića, što daje dojam Nakon toga tekućina postaje blijeda. S obzirom vizualni efekt, ova faza vrenja naziva se "bijeli ključ".
Dolazi do intenzivnog ključanja, što je popraćeno stvaranjem velikih mjehurića koji brzo pucaju. Ovaj proces je popraćen pojavom prskanja, kao i intenzivnim stvaranjem pare.

Specifična toplina isparavanja

Gotovo svaki dan susrećemo se s takvim fenomenom kao što je vrenje. Specifična toplina isparavanja fizikalna je veličina koja određuje količinu topline. Uz njenu pomoć tekuća tvar može se pretvoriti u par. Da biste izračunali ovaj parametar, trebate podijeliti toplinu isparavanja s masom.

Kako je mjerenje

Specifični pokazatelj mjeri se u laboratoriju provođenjem odgovarajućih pokusa. Oni uključuju sljedeće:

odmjereno potreban iznos tekućina, koja se zatim ulijeva u kalorimetar;
provodi se početno mjerenje temperature vode;
tikvica s prethodno postavljenom ispitivanom tvari u nju se postavlja na plamenik;
para koju emitira ispitivana tvar se lansira u kalorimetar;
temperatura vode se ponovno mjeri;
kalorimetar se važe, što omogućuje izračunavanje mase kondenzirane pare.

način vrenja mjehurića

Baveći se pitanjem što je vrenje, vrijedi napomenuti da ima nekoliko načina. Dakle, kada se zagrije, para može nastati u obliku mjehurića. Povremeno rastu i pucaju. Ovaj način vrenja naziva se pjenušavo. Obično se šupljine ispunjene parom formiraju upravo na stijenkama posude. To je zbog činjenice da su obično pregrijani. Ovaj potrebno stanje za kuhanje, jer će se inače mjehurići srušiti, ne dosežući velike veličine.

Način vrenja filma

Što je čir? Najlakši način za objašnjenje ovog procesa je isparavanje na određenoj temperaturi i konstantnom tlaku. Osim mjehurića, razlikuje se i filmski način rada. Njegova bit leži u činjenici da prilikom jačanja protok topline pojedinačni mjehurići se spajaju i tvore sloj pare na stijenkama posude. Kada se dosegne kritični pokazatelj, probijaju se na površinu vode. Ovaj način vrenja razlikuje se po tome što je stupanj prijenosa topline sa stijenki posude na samu tekućinu značajno smanjen. Razlog tome je isti parni film.

Temperatura vrenja

Treba napomenuti da postoji ovisnost vrelišta o tlaku koji se vrši na površini zagrijane tekućine. Dakle, općenito je prihvaćeno da voda ključa kada se zagrije na 100 stupnjeva Celzija. Ipak, ovaj se pokazatelj može smatrati poštenim samo ako se indikator atmosferskog tlaka smatra normalnim (101 kPa). Ako se poveća, vrelište će se također promijeniti prema gore. Tako je, na primjer, u popularnim ekspres kuhalima tlak oko 200 kPa. Dakle, vrelište raste za 20 točaka (do 20 stupnjeva).

Planinska područja mogu se smatrati primjerom niskog atmosferskog tlaka. Dakle, s obzirom da je tamo prilično mala, voda počinje ključati na temperaturi od oko 90 stupnjeva. Stanovnici takvih područja moraju provoditi mnogo više vremena pripremajući hranu. Tako, na primjer, da biste skuhali jaje, morat ćete zagrijati vodu za najmanje 100 stupnjeva, inače se protein neće zgrušati.

Vrelište tvari ovisi o tlaku zasićene pare. Njegov utjecaj na temperaturu obrnuto je proporcionalan. Na primjer, živa ključa kada se zagrije na 357 stupnjeva Celzija. To se može objasniti činjenicom da je tlak zasićene pare samo 114 Pa (za vodu ta brojka iznosi 101 325 Pa).

Vrenje pod različitim uvjetima

Ovisno o uvjetima i stanju tekućine, vrelište može značajno varirati. Na primjer, vrijedi dodati sol u tekućinu. Ioni klora i natrija nalaze se između molekula vode. Dakle, vrenje zahtijeva red veličine više energije, a time i vremena. Osim toga, takva voda proizvodi mnogo manje pare.

Kuhalo se koristi za kuhanje vode životni uvjeti. Ako se koristi čista tekućina, tada je temperatura ovog procesa standardnih 100 stupnjeva. U sličnim uvjetima, destilirana voda ključa. Međutim, to će potrajati malo manje vremena ako uzmete u obzir odsutnost stranih nečistoća.

Koja je razlika između vrenja i isparavanja

Kad god voda zavrije, para se ispušta u atmosferu. Ali ova dva procesa se ne mogu identificirati. Oni su samo načini isparavanja, što se događa pod određenim uvjetima. Dakle, vrenje je prva vrsta. Taj je proces intenzivniji nego zbog stvaranja parnih džepova. Također je vrijedno napomenuti da se proces isparavanja događa isključivo na površini vode. Vrenje se odnosi na cijeli volumen tekućine.

O čemu ovisi isparavanje?

Isparavanje je proces pretvaranja tekućine ili krutine u plinovito stanje. Dolazi do "let" atoma i molekula čija je veza s ostatkom čestica pod utjecajem određenih uvjeta oslabljena. Brzina isparavanja može varirati pod utjecajem sljedećih čimbenika:

površina tekućine;
temperatura same tvari, kao i okoliš;
brzina kretanja molekula;
vrsta tvari.

Energiju kipuće vode čovjek naširoko koristi u svakodnevnom životu. Taj je proces postao toliko uobičajen i poznat da nitko ne razmišlja o njegovoj prirodi i značajkama. Ipak, s ključanjem je povezano niz zanimljivih činjenica:

Vjerojatno su svi primijetili da na poklopcu čajnika postoji rupa, ali malo ljudi razmišlja o njegovoj namjeni. To se radi kako bi se djelomično ispustila para. U suprotnom, voda može prskati kroz izljev.
Vrijeme kuhanja krumpira, jaja i drugih namirnica ne ovisi o snazi grijača. Važno je samo koliko su dugo bili pod utjecajem kipuće vode.
Snaga uređaja za grijanje ne utječe na takav pokazatelj kao što je vrelište. Može utjecati samo na brzinu isparavanja tekućine.
Kuhanje nije samo zagrijavanje vode. Ovaj proces također može uzrokovati zamrzavanje tekućine. Dakle, u procesu ključanja potrebno je kontinuirano ispumpati zrak iz posude.
Jedan od naj stvarni problemi za domaćice je da mlijeko može "pobjeći". Dakle, rizik od ove pojave značajno raste tijekom pogoršanja vremena, što je popraćeno padom atmosferskog tlaka.
Najtoplija kipuća voda dobiva se u dubokim podzemnim rudnicima.
put eksperimentalne studije Znanstvenici su uspjeli ustanoviti da voda na Marsu ključa na temperaturi od 45 stupnjeva Celzija.

Može li voda ključati na sobnoj temperaturi?

Jednostavnim izračunima znanstvenici su uspjeli ustanoviti da voda može ključati na razini stratosfere. Slični uvjeti mogu se ponovno stvoriti pomoću vakuumska pumpa. Ipak, sličan eksperiment se može izvesti u jednostavnijim, svjetovnijim uvjetima.

U tikvici od litre prokuhajte 200 ml vode, a kad se posuda napuni parom, dobro je zatvorite i maknite s vatre. Nakon što ga stavite preko kristalizatora, morate pričekati završetak procesa ključanja. Zatim se tikvica izlije hladna voda. Nakon toga u posudi će ponovno započeti intenzivno vrenje. To je zbog činjenice da se pod utjecajem niske temperature para u gornjem dijelu tikvice spušta.

Znate li koja je temperatura kuhane juhe? 100 ˚S. Ni više ni manje. Na istoj temperaturi kotlić zavrije i tjestenina se kuha. Što to znači?

Zašto temperatura vode u njoj ne poraste iznad stotinu stupnjeva kada se lonac ili kotlić stalno zagrijava gorućim plinom? Činjenica je da kada voda dosegne temperaturu od sto stupnjeva, svi dolaze Termalna energija troši se na prijelaz vode u plinovito stanje, odnosno na isparavanje. Do stotinu stupnjeva dolazi do isparavanja uglavnom s površine, a kada dosegne tu temperaturu, voda proključa. Vrenje je također isparavanje, ali samo po cijelom volumenu tekućine. Unutar vode nastaju mjehurići vruće pare i, budući da su lakši od vode, ti mjehurići izbijaju na površinu, a para iz njih izlazi u zrak.

Do stotinu stupnjeva, temperatura vode raste kada se zagrije. Nakon stotinu stupnjeva, daljnjim zagrijavanjem, temperatura vodene pare će se povećati. Ali sve dok sva voda ne proključa na sto stupnjeva, njezina temperatura neće rasti, koliko god energije uložili. Već smo shvatili kamo ide ta energija - u prijelaz vode u plinovito stanje. Ali ako takav fenomen postoji, onda mora postojati opisujući ovaj fenomen. fizička veličina. I takva vrijednost postoji. Zove se specifična toplina isparavanja.

Specifična toplina isparavanja vode

Specifična toplina isparavanja fizikalna je veličina koja označava količinu topline koja je potrebna da se tekućina od 1 kg pretvori u paru na točki vrelišta. Specifična toplina isparavanja označena je slovom L. A mjerna jedinica je džul po kilogramu (1 J / kg).

Specifična toplina isparavanja može se naći iz formule:

gdje je Q količina topline,
m - tjelesna težina.

Usput, formula je ista kao i za izračun specifične topline fuzije, razlika je samo u oznaci. λ i L

Empirijski su pronađene vrijednosti specifične topline isparavanja raznih tvari i sastavljene tablice iz kojih se mogu pronaći podaci za svaku tvar. Dakle, specifična toplina isparavanja vode je 2,3*106 J/kg. To znači da se za svaki kilogram vode mora potrošiti količina energije jednaka 2,3 * 106 J da bi se pretvorila u paru. Ali u isto vrijeme, voda bi već trebala imati točku ključanja. Ako je voda u početku bila na nižoj temperaturi, tada je potrebno izračunati količinu topline koja će biti potrebna za zagrijavanje vode na sto stupnjeva.

U stvarnim uvjetima često je potrebno odrediti količinu topline koja je potrebna za transformacija određene mase tekućine u paru, stoga se češće mora nositi s formulom oblika: Q = Lm, a vrijednosti specifične topline isparavanja za određenu tvar uzimaju se iz gotovih tablica.

Tema: Agregatna stanja tvari

Pouka: Kuhati. Specifična toplina isparavanja i kondenzacije

Razmotrimo detaljnije tijek procesa vrenja. Zamislimo situaciju s kojom su se mnogi od nas više puta susreli - ovo je zagrijavanje i kipuća voda u određenoj posudi, na primjer, u loncu. Tijekom zagrijavanja voda će se prenijeti određena količina topline, što će dovesti do povećanja njezine unutarnje energije i povećanja aktivnosti molekularnog kretanja. Ovaj proces će se nastaviti do određene faze, sve dok energija molekularnog gibanja ne postane dovoljna za početak ključanja.

Važno je istaknuti činjenicu da temperatura na kojoj se odvija proces vrenja ostaje nepromijenjena čak i ako se poveća intenzitet opskrbe toplinom tekućine. Jednostavno rečeno, ako tijekom procesa ključanja u plamenik dodate plin, koji zagrijava lonac s vodom, to će samo povećati intenzitet vrenja, a ne povećati temperaturu tekućine. Ako se ozbiljnije zadubimo u proces vrenja, vrijedi napomenuti da postoje područja u vodi u kojima se može pregrijati iznad točke vrelišta, ali veličina takvog pregrijavanja u pravilu ne prelazi jednu ili nekoliko stupnjeva i beznačajan je u ukupnom volumenu tekućine. Točka vrenja vode pri normalnom tlaku je 100°C.

U procesu kipuće vode možete primijetiti da je popraćeno karakterističnim zvukovima tzv. Ovi zvukovi nastaju upravo zbog opisanog procesa kolapsa mjehurića pare.

Načelo rada tako poznatog kuhinjskog aparata kao što je ekspres lonac temelji se na ovoj ovisnosti vrelišta o tlaku okoline (slika 2). To je tava s poklopcem koji čvrsto pripije, ispod kojeg u procesu isparavanja vode tlak zraka s parom doseže do 2 atmosferska tlaka, što dovodi do povećanja vrelišta vode u njoj do . Zbog toga se voda s hranom u njoj može zagrijati na temperaturu višu od uobičajene (), a proces kuhanja se ubrzava. Zbog ovog učinka uređaj je i dobio ime.

Riža. 2. Ekspres lonac ()

Situacija sa smanjenjem vrelišta tekućine uz pad atmosferskog tlaka također ima primjer iz života, ali za mnoge ljude više nije svakodnevna. Ovaj se primjer odnosi na putovanja penjača u gorju. Pokazalo se da se u području koje se nalazi na nadmorskoj visini od 3000-5000 m vrelište vode, zbog smanjenja atmosferskog tlaka, smanjuje na još niže vrijednosti, što dovodi do poteškoća u kuhanju na planinarenju, jer za učinkovitu toplinsku prerada hrane u U ovom slučaju potrebno je puno duže vrijeme nego u normalnim uvjetima. Na nadmorskoj visini od oko 7000 m, vrelište vode doseže , što onemogućuje kuhanje mnogih proizvoda u takvim uvjetima.

Neke tehnologije odvajanja tvari temelje se na činjenici da su točke vrelišta različitih tvari različite. Na primjer, ako uzmemo u obzir zagrijavanje ulja, koje je složena tekućina koja se sastoji od mnogih komponenti, tada se u procesu ključanja može podijeliti na nekoliko različitih tvari. U ovom slučaju, zbog činjenice da su vrelišta kerozina, benzina, nafte i loživog ulja različita, mogu se međusobno odvojiti isparavanjem i kondenzacijom na različitim temperaturama. Taj se proces obično naziva frakcioniranjem (slika 3).

Riža. 3 Odvajanje ulja na frakcije ()

Kao i svaki fizički proces, vrenje se mora okarakterizirati pomoću neke numeričke vrijednosti, takva vrijednost se naziva specifična toplina isparavanja.

Da biste razumjeli fizičko značenje ove količine, razmotrite sljedeći primjer: uzmite 1 kg vode i dovedite je do točke vrenja, a zatim izmjerite koliko je topline potrebno da se ta voda potpuno ispari (isključujući gubitke topline) - ova vrijednost će biti jednak specifičnoj toplini isparavanja vode. Za drugu tvar ta će vrijednost topline biti drugačija i bit će specifična toplina isparavanja te tvari.

Specifična toplina isparavanja pokazuje se kao vrlo važna karakteristika u suvremenim tehnologijama proizvodnje metala. Ispada da se, na primjer, tijekom taljenja i isparavanja željeza, nakon čega slijedi njegova kondenzacija i skrućivanje, formira kristalna rešetka sa strukturom koja pruža veću čvrstoću od izvornog uzorka.

Oznaka: specifična toplina isparavanja i kondenzacije (ponekad označena ).

jedinica mjere: .

Specifična toplina isparavanja tvari određena je pokusima u laboratorijskim uvjetima, a njezine vrijednosti za glavne tvari navedene su u odgovarajućoj tablici.

tvar