Căldura specifică de vaporizare a apei la diferite temperaturi. Care este căldura specifică de vaporizare și cum să o determinăm

În această lecție, vom acorda atenție unui astfel de tip de vaporizare precum fierberea, vom discuta diferențele acestuia față de procesul de evaporare considerat anterior, vom introduce o astfel de valoare precum punctul de fierbere și vom discuta de ce depinde acesta. La sfârșitul lecției, introducem o cantitate foarte importantă care descrie procesul de vaporizare - căldura specifică de vaporizare și condensare.

Subiect: Stări agregate ale materiei

Lecția: Se fierbe. Căldura specifică de vaporizare și condensare

În ultima lecție, am luat deja în considerare unul dintre tipurile de vaporizare - evaporarea - și am evidențiat proprietățile acestui proces. Astăzi vom discuta despre un astfel de tip de vaporizare precum procesul de fierbere și vom introduce o valoare care caracterizează numeric procesul de vaporizare - căldura specifică de vaporizare și condensare.

Definiție.Fierbere(Fig. 1) este procesul de trecere intensivă a unui lichid într-o stare gazoasă, însoțită de formarea de bule de vapori și care are loc în volumul lichidului la o anumită temperatură, care se numește punct de fierbere.

Să comparăm două tipuri de vaporizare între ele. Procesul de fierbere este mai intens decât procesul de evaporare. În plus, după cum ne amintim, procesul de evaporare are loc la orice temperatură peste punctul de topire, iar procesul de fierbere - strict la o anumită temperatură, care este diferită pentru fiecare dintre substanțe și se numește punctul de fierbere. De asemenea, trebuie remarcat faptul că evaporarea are loc numai de pe suprafața liberă a lichidului, adică din zona care îl delimitează de gazele din jur, iar fierberea are loc imediat din întregul volum.

Să luăm în considerare cursul procesului de fierbere mai detaliat. Să ne imaginăm o situație pe care mulți dintre noi am întâlnit-o în mod repetat - aceasta este încălzirea și fierberea apei într-un anumit vas, de exemplu, într-o cratiță. În timpul încălzirii, o anumită cantitate de căldură va fi transferată apei, ceea ce va duce la o creștere a acesteia energie internași o creștere a activității mișcării moleculelor. Acest proces va continua până la o anumită etapă, până când energia mișcării moleculare devine suficientă pentru a începe să fiarbă.

Gazele dizolvate (sau alte impurități) sunt prezente în apă, care sunt eliberate în structura acesteia, ceea ce duce la așa-numita apariție a centrelor de vaporizare. Adică, în aceste centre se eliberează aburul și se formează bule în întregul volum de apă, care se observă în timpul fierberii. Este important să înțelegeți că aceste bule nu sunt aer, ci abur, care se formează în timpul procesului de fierbere. După formarea bulelor, cantitatea de vapori din ele crește și încep să crească în dimensiune. Adesea, bulele se formează inițial lângă pereții vasului și nu se ridică imediat la suprafață; mai întâi, ei, crescând în dimensiune, sunt sub influența forței în creștere a lui Arhimede, apoi se desprind de perete și se ridică la suprafață, unde izbucnesc și eliberează o porțiune de abur.

Trebuie remarcat faptul că nu toate bulele de abur ajung la suprafața liberă a apei deodată. La începutul procesului de fierbere, apa este încă departe de a fi încălzită uniform, iar straturile inferioare, lângă care are loc procesul de transfer de căldură, sunt chiar mai fierbinți decât cele superioare, chiar și ținând cont de procesul de convecție. Aceasta duce la faptul că bulele de abur care se ridică de dedesubt se prăbușesc din cauza fenomenului de tensiune superficială, neatingând încă la suprafața liberă a apei. În același timp, aburul care se afla în interiorul bulelor trece în apă, încălzindu-l suplimentar și accelerând procesul de încălzire uniformă a apei pe tot volumul. Ca urmare, atunci când apa este încălzită aproape uniform, aproape toate bulele de abur încep să ajungă la suprafața apei și începe procesul de vaporizare intensă.

Este important de subliniat faptul că temperatura la care are loc procesul de fierbere rămâne neschimbată chiar dacă intensitatea alimentării cu căldură a lichidului este crescută. Cu cuvinte simple Dacă, în timpul procesului de fierbere, în arzător se adaugă gaz, care încălzește oala cu apă, aceasta nu va face decât să crească intensitatea fierberii și nu să crească temperatura lichidului. Dacă ne aprofundăm mai serios în procesul de fierbere, este de remarcat faptul că există zone în apă în care poate fi supraîncălzită peste punctul de fierbere, dar amploarea unei astfel de supraîncălziri, de regulă, nu depășește unul sau câteva grade și este nesemnificativă în volumul total al lichidului. Punctul de fierbere al apei la presiune normală este de 100°C.

În procesul de fierbere a apei, puteți observa că este însoțită de sunete caracteristice așa-numitului clocot. Aceste sunete apar doar din cauza procesului descris de colaps al bulelor de abur.

Procesele de fierbere a altor lichide se desfășoară în același mod ca și fierberea apei. Principala diferență în aceste procese este diferitele puncte de fierbere ale substanțelor, care la presiunea atmosferică normală sunt deja măsurate în valori tabelare. Să indicăm principalele valori ale acestor temperaturi în tabel.

Un fapt interesant este că punctul de fierbere al lichidelor depinde de valoarea presiunii atmosferice, motiv pentru care am indicat că toate valorile din tabel sunt date la presiunea atmosferică normală. Când presiunea aerului crește, crește și punctul de fierbere al lichidului, iar când scade, dimpotrivă, scade.

De această dependență a punctului de fierbere de presiune mediu inconjurator bazat pe principiul de funcționare a unui astfel de cunoscut aparat de bucătărie ca o oală sub presiune (fig. 2). Este o tigaie cu capac etanș, sub care, în procesul de vaporizare a apei, presiunea aerului cu abur ajunge până la 2 presiune atmosferică, ceea ce duce la creșterea punctului de fierbere al apei din ea la . Din această cauză, apa cu hrana în ea are posibilitatea de a se încălzi până la o temperatură mai mare decât de obicei (), iar procesul de gătire este accelerat. Din cauza acestui efect, dispozitivul și-a primit numele.

Orez. 2. Oala sub presiune ()

Situația cu scăderea punctului de fierbere a unui lichid cu scăderea presiunii atmosferice are și un exemplu din viață, dar nu mai este cotidian pentru mulți oameni. Acest exemplu se aplică călătoriilor alpiniștilor în zonele muntoase. Rezultă că într-o zonă situată la o altitudine de 3000-5000 m, punctul de fierbere al apei, din cauza scăderii presiunii atmosferice, scade la valori și mai mici, ceea ce duce la dificultăți la gătit în drumeții, deoarece pentru eficient tratament termic produse în acest caz, durează mult mai mult decât în condiții normale. La altitudini de aproximativ 7000 m, punctul de fierbere al apei atinge , ceea ce face imposibilă gătirea multor produse în astfel de condiții.

Pe acel punct de fierbere diverse substante diferă, se bazează unele tehnologii de separare a substanțelor. De exemplu, dacă luăm în considerare încălzirea uleiului, care este un lichid complex format din multe componente, atunci în procesul de fierbere poate fi împărțit în mai multe substanțe diferite. În acest caz, datorită faptului că punctele de fierbere ale kerosenului, benzinei, naftei și păcurului sunt diferite, acestea pot fi separate unele de altele prin vaporizare și condensare la temperaturi diferite. Acest proces este de obicei denumit fracţionare (Fig. 3).

Orez. 3 Separarea uleiului în fracții ()

Ca oricare proces fizic, fierberea trebuie caracterizată folosind o valoare numerică, o astfel de valoare se numește căldură specifică de vaporizare.

Pentru a înțelege sens fizic din această valoare, luați în considerare următorul exemplu: luați 1 kg de apă și aduceți-l la punctul de fierbere, apoi măsurați câtă căldură este necesară pentru a evapora complet această apă (excluzând pierderile de căldură) - această valoare va fi egală cu căldura specifică a vaporizarea apei. Pentru o altă substanță, această valoare a căldurii va fi diferită și va fi căldura specifică de vaporizare a acestei substanțe.

Căldura specifică de vaporizare se dovedește a fi o caracteristică foarte importantă în tehnologii moderne producerea metalelor. Se pare că, de exemplu, în timpul topirii și evaporării fierului, urmate de condensarea și solidificarea acestuia, celulă cristalină cu o structură care oferă o rezistență mai mare decât proba originală.

Desemnare: căldură specifică de vaporizare și condensare (uneori notată ).

unitate de măsură: .

Căldura specifică de vaporizare a substanțelor este determinată prin experimente în condiții de laborator, iar valorile sale pentru substanțele principale sunt enumerate în tabelul corespunzător.

Substanţă

Fierberea este o vaporizare intensă care are loc atunci când un lichid este încălzit nu numai de la suprafață, ci și în interiorul acestuia.

Fierberea are loc odată cu absorbția căldurii.
Cea mai mare parte a căldurii furnizate este cheltuită pentru ruperea legăturilor dintre particulele substanței, restul - pentru munca efectuată în timpul expansiunii aburului.
Ca rezultat, energia de interacțiune între particulele de vapori devine mai mare decât între particulele lichide, astfel încât energia internă a vaporilor este mai mare decât energia internă a lichidului la aceeași temperatură.
Cantitatea de căldură necesară pentru a transfera lichidul în vapori în timpul procesului de fierbere poate fi calculată folosind formula:

unde m este masa lichidului (kg),
L este căldura specifică de vaporizare.

Căldura specifică de vaporizare arată câtă căldură este necesară pentru a transforma 1 kg dintr-o substanță dată în abur la punctul de fierbere. Unitate căldura specifică vaporizare în sistemul SI:
[L] = 1 J/kg
Pe măsură ce presiunea crește, punctul de fierbere al lichidului crește, iar căldura specifică de vaporizare scade și invers.

În timpul fierberii, temperatura lichidului nu se modifică.
Punctul de fierbere depinde de presiunea exercitată asupra lichidului.
Fiecare substanță la aceeași presiune are propriul punct de fierbere.
Odată cu creșterea presiunii atmosferice, fierberea începe la o temperatură mai mare, cu o scădere a presiunii - invers.
De exemplu, apa fierbe la 100°C doar la presiunea atmosferică normală.

CE SE ÎNTÂMPLĂ ÎN INTERIORUL LICHIDULUI CÂND FIORBE?

Fierberea este trecerea unui lichid în vapori cu formarea și creșterea continuă a bulelor de vapori în lichid, în interiorul cărora lichidul se evaporă. La începutul încălzirii, apa este saturată cu aer și are temperatura camerei. Când apa este încălzită, gazul dizolvat în ea este eliberat pe fundul și pereții vasului, formând bule de aer. Încep să apară cu mult înainte de fierbere. Apa se evaporă în aceste bule. O bula plină cu abur începe să se umfle la o temperatură suficient de ridicată.

După ce a ajuns la o anumită dimensiune, se desprinde de fund, se ridică la suprafața apei și izbucnește. În acest caz, vaporii părăsesc lichidul. Dacă apa nu este încălzită suficient, atunci bula de abur, care se ridică în straturile reci, se prăbușește. Fluctuațiile de apă rezultate duc la apariția unui număr mare de bule de aer mici în întregul volum de apă: așa-numita „cheie albă”.

O forță de ridicare acționează asupra unei bule de aer din fundul vasului:
Fpod \u003d Farchimede - Fgravity
Bula este presată în jos, deoarece forțele de presiune nu acționează pe suprafața inferioară. Când este încălzită, bula se extinde din cauza eliberării de gaz în ea și se desprinde din partea de jos atunci când forța de ridicare este puțin mai mare decât cea de presare. Dimensiunea unei bule care se poate rupe din fund depinde de forma acesteia. Forma bulelor de la fund este determinată de umecbilitatea fundului vasului.

Neomogenitatea umezelii și îmbinarea bulelor în partea de jos a dus la creșterea dimensiunii acestora. La dimensiuni mari Când o bula se ridică în spatele ei, se formează goluri, goluri și vâltoare.

Când bula se sparge, tot lichidul care o înconjoară se repezi spre interior și are loc o undă inelară. Încheind, ea aruncă o coloană de apă.

Când bulele de explozie se prăbușesc într-un lichid, undele de șoc ale frecvențelor ultrasonice se propagă, însoțite de zgomot audibil. Stadiile inițiale ale fierberii sunt caracterizate de cele mai puternice și sunete înalte(pe scena " cheie albă„ceainic” cântă „).

(sursa: virlib.eunnet.net)

GRAFUL TEMPERATURII AL MODIFICĂRII STATĂRILOR AGREGATE ALE APEI

Uită-te la raftul de cărți!

INTERESANT

De ce este o gaură în capacul ceainicului?
Pentru a elibera abur. Fără o gaură în capac, aburul poate împroșca apă peste duza ceainicului.
___

Durata gătirii cartofilor, începând din momentul fierberii, nu depinde de puterea încălzitorului. Durata este determinată de timpul de rezidență al produsului la punctul de fierbere.
Puterea încălzitorului nu afectează punctul de fierbere, ci doar rata de evaporare a apei.

Fierberea poate face ca apa să înghețe. Pentru a face acest lucru, este necesar să pompați aer și vapori de apă din vasul în care se află apa, astfel încât apa să fiarbă tot timpul.

"Oalele fierb ușor peste margine - la vreme rea!"
Scăderea presiunii atmosferice care însoțește înrăutățirea vremii este motivul pentru care laptele „fuge” mai repede.
___

Apa clocotita foarte fierbinte se poate obtine la fundul minelor de adancime, unde presiunea aerului este mult mai mare decat la suprafata Pamantului. Deci, la o adâncime de 300 m, apa va fierbe la 101 ͦ C. La o presiune a aerului de 14 atmosfere, apa fierbe la 200 ͦ C.
Sub clopotul pompei de aer, puteți obține „apă clocotită” la 20 ͦ C.
Pe Marte, am bea „apă clocotită” la 45 C.
Apa sărată fierbe peste 100 ͦ C. ___

În regiunile muntoase la o înălțime considerabilă, sub presiune atmosferică redusă, apa fierbe la temperaturi mai mici de 100 ͦ Celsius.

Așteptarea ca o astfel de masă să fie gătită durează mai mult.

Se toarna la rece...si va fierbe!

În mod normal, apa fierbe la 100 de grade Celsius. Se încălzește apa din balonul de pe arzător până la fierbere. Să oprim arzătorul. Apa nu mai fierbe. Închidem balonul cu un dop și începem să turnăm cu grijă apă rece pe dop. Ce este? Apa fierbe din nou!

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

sub jet apă rece niște apă în balon și odată cu ea vaporii de apă încep să se răcească.
Volumul vaporilor scade și presiunea deasupra suprafeței apei se modifică...
Ce parere aveti, in ce directie?
... Punctul de fierbere al apei la presiune redusă este mai mic de 100 de grade, iar apa din balon fierbe din nou!
____

La gătit, presiunea din interiorul oalei - „oala sub presiune” - este de aproximativ 200 kPa, iar supa dintr-o astfel de oală se va găti mult mai repede.

Puteți trage apă în seringă până la aproximativ jumătate, o puteți închide cu același dop și trageți brusc pistonul. În apă vor apărea o mulțime de bule, ceea ce indică faptul că procesul de fierbere a apei a început (și acesta este la temperatura camerei!).
___

Când o substanță trece în stare gazoasă, densitatea ei scade de aproximativ 1000 de ori.
___

Primele ceainice electrice aveau încălzitoare sub fund. Apa nu a intrat în contact cu încălzitorul și a fiert foarte mult timp. În 1923, Arthur Large a făcut o descoperire: a plasat un încălzitor într-un special tub de cupruși l-a pus în interiorul ceainicului. Apa a fiert repede.

Cutiile cu auto-răcire pentru băuturi răcoritoare au fost dezvoltate în SUA. În borcan este montat un compartiment cu un lichid cu fierbere scăzută. Dacă zdrobiți capsula într-o zi fierbinte, lichidul va începe să fiarbă rapid, luând căldură din conținutul borcanului, iar în 90 de secunde temperatura băuturii scade cu 20-25 de grade Celsius.

DE CE?

Crezi că este posibil să fierbi un ou tare dacă apa fierbe la o temperatură mai mică de 100 de grade Celsius?
____

Va fierbe apa într-o oală care plutește într-o altă oală cu apă clocotită?
De ce? ___

Puteți face apa să fiarbă fără să o încălziți?

Această cunoaștere dispare rapid și, treptat, oamenii încetează să acorde atenție esenței fenomenelor familiare. Uneori este util să amintim cunoștințele teoretice.

Definiție

Ce este un furuncul? Acesta este un proces fizic în timpul căruia are loc o vaporizare intensă atât pe suprafața liberă a lichidului, cât și în interiorul structurii acestuia. Unul dintre semnele fierberii este formarea de bule, care constau din abur saturat și aer.

Este demn de remarcat existența unui astfel de lucru ca punctul de fierbere. Viteza de formare a aburului depinde și de presiune. Trebuie să fie permanent. De regulă, principala caracteristică a lichidului substanțe chimice este punctul de fierbere la presiunea atmosferică normală. Cu toate acestea, acest proces poate fi influențat și de factori precum intensitatea unde sonore, ionizare aer.

Etapele de fierbere ale apei

Aburul va începe cu siguranță să se formeze în timpul unei proceduri precum încălzirea. Fierberea presupune trecerea unui lichid prin 4 etape:

În partea de jos a vasului, precum și pe pereții acestuia, încep să se formeze mici bule. Acesta este rezultatul faptului că aerul este conținut în fisurile materialului din care este fabricat recipientul, care se extinde sub influența temperaturii ridicate.
Bulele încep să crească în volum, în urma căruia ies la suprafața apei. În cazul în care un strat superior lichidul nu a atins încă punctul de fierbere, cavitățile se scufundă în fund, după care încep să se ridice din nou. Acest proces duce la formarea undelor sonore. De aceea putem auzi zgomot când apa fierbe.
Plutește la suprafață cel mai mare număr bule, care dă impresia După aceea, lichidul devine palid. Luand in considerare efect vizual, această etapă a fierberii se numește „cheie albă”.
Există o fierbere intensă, care este însoțită de formarea de bule mari care izbucnesc rapid. Acest proces este însoțit de apariția stropilor, precum și de formarea intensă a aburului.

Căldura specifică de vaporizare

Aproape în fiecare zi ne confruntăm cu un astfel de fenomen precum fierberea. Căldura specifică de vaporizare este o mărime fizică care determină cantitatea de căldură. Cu ajutorul ei substanță lichidă poate fi convertit la alin. Pentru a calcula acest parametru, trebuie să împărțiți căldura de evaporare la masă.

Cum este măsurarea

Indicatorul specific este măsurat în laborator prin efectuarea de experimente adecvate. Acestea includ următoarele:

măsurată suma necesară lichid, care este apoi turnat în calorimetru;
se efectuează o măsurătoare inițială a temperaturii apei;
pe arzător se instalează un balon cu substanța de testat introdusă în prealabil;
vaporii emiși de substanța de testat sunt lansați în calorimetru;
se măsoară din nou temperatura apei;
se cântărește calorimetrul, ceea ce face posibilă calcularea masei vaporilor condensați.

modul de fierbere cu bule

Tratându-se cu întrebarea ce este fierberea, este de remarcat faptul că are mai multe moduri. Deci, atunci când este încălzit, aburul se poate forma sub formă de bule. Ele cresc și izbucnesc periodic. Acest mod de fierbere se numește cu bule. De obicei, cavitățile umplute cu abur se formează exact la pereții vasului. Acest lucru se datorează faptului că de obicei sunt supraîncălzite. Aceasta este conditie necesara pentru fierbere, pentru că altfel bulele se vor prăbuși, neatingând dimensiuni mari.

Modul de fierbere a filmului

Ce este un furuncul? Cel mai simplu mod de a explica acest proces este vaporizarea la o anumită temperatură și presiune constantă. Pe lângă modul cu bule, se distinge și un mod film. Esența sa constă în faptul că atunci când se întărește flux de caldura bulele individuale se combină pentru a forma un strat de vapori pe pereții vasului. Când se atinge un indicator critic, ele pătrund la suprafața apei. Acest mod de fierbere diferă prin faptul că gradul de transfer de căldură de la pereții vasului la lichidul în sine este redus semnificativ. Motivul pentru aceasta este același film de abur.

Temperatura de fierbere

Trebuie remarcat faptul că există o dependență a punctului de fierbere de presiunea care se exercită pe suprafața lichidului încălzit. Deci, este în general acceptat că apa fierbe când este încălzită la 100 de grade Celsius. Cu toate acestea, acest indicator poate fi considerat corect doar dacă indicatorul de presiune atmosferică este considerat normal (101 kPa). Dacă crește, punctul de fierbere se va schimba și el în sus. Deci, de exemplu, în oalele sub presiune populare, presiunea este de aproximativ 200 kPa. Astfel, punctul de fierbere crește cu 20 de puncte (până la 20 de grade).

Zonele muntoase pot fi considerate un exemplu de presiune atmosferică scăzută. Deci, având în vedere că acolo este destul de mic, apa începe să fiarbă la o temperatură de aproximativ 90 de grade. Locuitorii din astfel de zone trebuie să petreacă mult mai mult timp pregătind mâncarea. Deci, de exemplu, pentru a fierbe un ou, va trebui să încălzești apa cu cel puțin 100 de grade, altfel proteina nu se va coagula.

Punctul de fierbere al unei substanțe depinde de presiunea vaporilor de saturație. Efectul său asupra temperaturii este invers proporțional. De exemplu, mercurul fierbe când este încălzit la 357 de grade Celsius. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că presiunea vaporilor saturați este de numai 114 Pa (pentru apă, această cifră este de 101.325 Pa).

Fierbe în diferite condiții

În funcție de condițiile și starea lichidului, punctul de fierbere poate varia semnificativ. De exemplu, merită să adăugați sare în lichid. Ionii de clor și sodiu sunt localizați între moleculele de apă. Astfel, fierberea necesită un ordin de mărime mai multă energie și, în consecință, timp. În plus, o astfel de apă produce mult mai puțin abur.

Ibricul este folosit pentru a fierbe apa conditii de viata. Dacă se folosește un lichid curat, atunci temperatura acestui proces este standardul de 100 de grade. În condiții similare, apa distilată fierbe. Cu toate acestea, va dura ceva mai puțin timp dacă țineți cont de absența impurităților străine.

Care este diferența dintre fierbere și evaporare

Ori de câte ori apa fierbe, aburul este eliberat în atmosferă. Dar aceste două procese nu pot fi identificate. Sunt doar modalități de vaporizare, care se întâmplă în anumite condiții. Deci, fierberea este primul fel. Acest proces este mai intens decât datorită formării pungilor de abur. De asemenea, este de remarcat faptul că procesul de evaporare are loc exclusiv la suprafața apei. Fierberea se aplică întregului volum al lichidului.

De ce depinde evaporarea?

Evaporarea este procesul de transformare a unui lichid sau solid într-o stare gazoasă. Are loc un „zbor” al atomilor și al moleculelor, a cărui legătură cu restul particulelor este slăbită sub influența anumitor condiții. Viteza de evaporare poate varia sub influența următorilor factori:

suprafata lichida;
temperatura substanței în sine, precum și a mediului;
viteza de mișcare a moleculelor;
tip de substanță.

Energia apei clocotite este folosită pe scară largă de om în viața de zi cu zi. Acest proces a devenit atât de banal și familiar încât nimeni nu se gândește la natura și caracteristicile sale. Cu toate acestea, o serie de fapte interesante sunt asociate cu fierberea:

Probabil, toată lumea a observat că există o gaură în capacul ceainicului, dar puțini oameni se gândesc la scopul ei. Se face pentru a elibera parțial abur. În caz contrar, apa poate stropi prin gura de scurgere.
Timpul de gătire pentru cartofi, ouă și alte produse alimentare nu depinde de cât de puternic este încălzitorul. Singurul lucru care contează este cât timp au stat sub influența apei clocotite.
Puterea dispozitivului de încălzire nu afectează un astfel de indicator precum punctul de fierbere. Poate afecta doar viteza de evaporare a lichidului.
Fierberea nu înseamnă doar încălzirea apei. Acest proces poate provoca și înghețarea lichidului. Deci, în procesul de fierbere, este necesar să pompați aer în mod continuu din vas.
Una dintre cele mai probleme reale pentru gospodine este că laptele poate „fuge”. Astfel, riscul acestui fenomen crește semnificativ în timpul deteriorării vremii, care este însoțită de o scădere a presiunii atmosferice.
Cea mai fierbinte apă clocotită se obține în minele subterane adânci.
cale studii experimentale Oamenii de știință au reușit să stabilească că apa de pe Marte fierbe la o temperatură de 45 de grade Celsius.

Apa poate fierbe la temperatura camerei?

Prin calcule simple, oamenii de știință au reușit să stabilească că apa poate fierbe la nivelul stratosferei. Condiții similare pot fi recreate folosind pompă de vid. Cu toate acestea, un experiment similar poate fi efectuat în condiții mai simple, mai banale.

Se fierb 200 ml de apă într-un balon de litru, iar când recipientul este umplut cu abur, se închide ermetic și se ia de pe foc. După ce îl așezați peste cristalizator, trebuie să așteptați sfârșitul procesului de fierbere. În continuare, balonul se toarnă apă rece. După aceea, fierberea intensivă va începe din nou în recipient. Acest lucru se datorează faptului că, sub influența temperaturii scăzute, vaporii din partea superioară a balonului coboară.

Știți ce temperatură are supa fiartă? 100 ˚С. Nici mai mult nici mai puțin. La aceeași temperatură, fierbătorul fierbe și pastele se fierb. Ce înseamnă?

De ce temperatura apei din interior nu crește peste o sută de grade atunci când o cratiță sau un ceainic este încălzit constant cu gaz aprins? Cert este că atunci când apa atinge o temperatură de o sută de grade, toate intră energie termală este cheltuită pentru trecerea apei într-o stare gazoasă, adică evaporarea. Până la o sută de grade, evaporarea are loc mai ales de la suprafață, iar când ajunge la această temperatură apa fierbe. Fierberea este și evaporare, dar numai pe întregul volum al lichidului. În interiorul apei se formează bule fierbinți de abur și, fiind mai ușoare decât apa, aceste bule ies la suprafață, iar aburul din ele iese în aer.

Până la o sută de grade, temperatura apei crește atunci când este încălzită. După o sută de grade, cu o încălzire suplimentară, temperatura vaporilor de apă va crește. Dar până când toată apa va fierbe la o sută de grade, temperatura ei nu va crește, indiferent de câtă energie aplicați. Ne-am dat deja seama unde se duce această energie - la tranziția apei într-o stare gazoasă. Dar dacă un astfel de fenomen există, atunci trebuie să existe descriind acest fenomen. cantitate fizica. Și o astfel de valoare există. Se numește căldură specifică de vaporizare.

Căldura specifică de vaporizare a apei

Căldura specifică de vaporizare este o mărime fizică care indică cantitatea de căldură necesară pentru a transforma un lichid de 1 kg în vapori la punctul de fierbere. Căldura specifică de vaporizare este notată cu litera L. Iar unitatea de măsură este joule pe kilogram (1 J / kg).

Căldura specifică de vaporizare poate fi găsită din formula:

unde Q este cantitatea de căldură,
m - greutatea corporală.

Apropo, formula este aceeași ca și pentru calcularea căldurii specifice de fuziune, diferența este doar în denumire. λ și L

Din punct de vedere empiric, au fost găsite valorile căldurii specifice de vaporizare a diferitelor substanțe și au fost întocmite tabele din care se pot găsi date pentru fiecare substanță. Astfel, căldura specifică de vaporizare a apei este 2,3*106 J/kg. Aceasta înseamnă că pentru fiecare kilogram de apă trebuie cheltuită o cantitate de energie egală cu 2,3 * 106 J pentru a o transforma în abur. Dar, în același timp, apa ar trebui să aibă deja un punct de fierbere. Dacă apa a fost inițial la o temperatură mai scăzută, atunci este necesar să se calculeze cantitatea de căldură care va fi necesară pentru a încălzi apa la o sută de grade.

În condiții reale, este adesea necesar să se determine cantitatea de căldură necesară transformarea unei anumite mase de lichid în vapori, prin urmare, mai des trebuie să se ocupe de o formulă de forma: Q \u003d Lm, iar valorile căldurii specifice de vaporizare pentru o anumită substanță sunt luate din tabele gata făcute.

Subiect: Stări agregate ale materiei

Lecția: Se fierbe. Căldura specifică de vaporizare și condensare

Să luăm în considerare cursul procesului de fierbere mai detaliat. Să ne imaginăm o situație pe care mulți dintre noi am întâlnit-o în mod repetat - aceasta este încălzirea și fierberea apei într-un anumit vas, de exemplu, într-o cratiță. În timpul încălzirii, o anumită cantitate de căldură va fi transferată în apă, ceea ce va duce la o creștere a energiei sale interne și o creștere a activității mișcării moleculare. Acest proces va continua până la o anumită etapă, până când energia mișcării moleculare devine suficientă pentru a începe să fiarbă.

Este important de subliniat faptul că temperatura la care are loc procesul de fierbere rămâne neschimbată chiar dacă intensitatea alimentării cu căldură a lichidului este crescută. În termeni simpli, dacă adăugați gaz la arzător în timpul procesului de fierbere, care încălzește oala cu apă, acest lucru va crește doar intensitatea fierberii și nu va crește temperatura lichidului. Dacă ne aprofundăm mai serios în procesul de fierbere, este de remarcat faptul că există zone în apă în care poate fi supraîncălzită peste punctul de fierbere, dar amploarea unei astfel de supraîncălziri, de regulă, nu depășește unul sau câteva grade și este nesemnificativă în volumul total al lichidului. Punctul de fierbere al apei la presiune normală este de 100°C.

Această dependență a punctului de fierbere de presiunea ambientală stă la baza principiului de funcționare a unui aparat de bucătărie atât de cunoscut ca oala sub presiune (Fig. 2). Este o tigaie cu capac etanș, sub care, în procesul de vaporizare a apei, presiunea aerului cu abur ajunge până la 2 presiune atmosferică, ceea ce duce la creșterea punctului de fierbere al apei din ea la . Din această cauză, apa cu hrana în ea are posibilitatea de a se încălzi până la o temperatură mai mare decât de obicei (), iar procesul de gătire este accelerat. Din cauza acestui efect, dispozitivul și-a primit numele.

Orez. 2. Oala sub presiune ()

Situația cu scăderea punctului de fierbere a unui lichid cu scăderea presiunii atmosferice are și un exemplu din viață, dar nu mai este cotidian pentru mulți oameni. Acest exemplu se aplică călătoriilor alpiniștilor în zonele muntoase. Se dovedește că într-o zonă situată la o altitudine de 3000-5000 m, punctul de fierbere al apei, din cauza scăderii presiunii atmosferice, scade la valori și mai mici, ceea ce duce la dificultăți la gătit în drumeții, deoarece pentru eficientă termică. procesarea alimentelor în În acest caz, este necesar un timp mult mai lung decât în condiții normale. La altitudini de aproximativ 7000 m, punctul de fierbere al apei atinge , ceea ce face imposibilă gătirea multor produse în astfel de condiții.

Unele tehnologii de separare a substanțelor se bazează pe faptul că punctele de fierbere ale diferitelor substanțe sunt diferite. De exemplu, dacă luăm în considerare încălzirea uleiului, care este un lichid complex format din multe componente, atunci în procesul de fierbere poate fi împărțit în mai multe substanțe diferite. În acest caz, datorită faptului că punctele de fierbere ale kerosenului, benzinei, naftei și păcurului sunt diferite, acestea pot fi separate unele de altele prin vaporizare și condensare la temperaturi diferite. Acest proces este de obicei denumit fracţionare (Fig. 3).

Orez. 3 Separarea uleiului în fracții ()

Ca orice proces fizic, fierberea trebuie caracterizată folosind o anumită valoare numerică, o astfel de valoare se numește căldură specifică de vaporizare.

Pentru a înțelege semnificația fizică a acestei cantități, luați în considerare următorul exemplu: luați 1 kg de apă și aduceți-l la punctul de fierbere, apoi măsurați câtă căldură este necesară pentru a evapora complet această apă (excluzând pierderile de căldură) - această valoare va să fie egală cu căldura specifică de vaporizare a apei. Pentru o altă substanță, această valoare a căldurii va fi diferită și va fi căldura specifică de vaporizare a acestei substanțe.

Căldura specifică de vaporizare se dovedește a fi o caracteristică foarte importantă în tehnologiile moderne de producere a metalelor. Se dovedește că, de exemplu, în timpul topirii și evaporării fierului, urmate de condensarea și solidificarea acestuia, se formează o rețea cristalină cu o structură care oferă o rezistență mai mare decât proba originală.

Desemnare: căldură specifică de vaporizare și condensare (uneori notată ).

unitate de măsură: .

Substanţă