Питома теплота пароутворення води за різних температур. Що таке питома теплота пароутворення та як її визначити

На цьому уроці ми приділимо увагу такому виду пароутворення, як кипіння, обговоримо його від розглянутого раніше процесу випаровування, введемо таку величину, як температура кипіння, і обговоримо, від чого залежить. Наприкінці уроку введемо дуже важливу величину, що описує процес пароутворення – питому теплоту пароутворення та конденсації.

Тема: Агрегатні стани речовини

Урок: Кипіння. Питома теплота пароутворення та конденсації

На минулому уроці ми вже розглянули один із видів пароутворення – випаровування – і виділили властивості цього процесу. Сьогодні ми обговоримо такий вид пароутворення, як процес кипіння, і введемо величину, яка чисельно характеризує процес пароутворення – питома теплота пароутворення та конденсації.

Визначення.Кипіння(Рис. 1) - це процес інтенсивного переходу рідини в газоподібний стан, що супроводжується утворенням бульбашок пари і відбувається по всьому об'єму рідини за певної температури, яку називають температурою кипіння.

Порівняємо два види пароутворення між собою. Процес кипіння інтенсивніший, ніж процес випаровування. Крім того, як ми пам'ятаємо, процес випаровування протікає за будь-якої температури вище температури плавлення, а процес кипіння - суворо при певній температурі, яка є різною для кожної з речовин і називається температурою кипіння. Ще слід зазначити, що випаровування відбувається тільки з вільної поверхні рідини, тобто з області, що її розмежовує з навколишніми газами, а кипіння - відразу з усього об'єму.

Докладніше розглянемо перебіг процесу кипіння. Уявімо ситуацію, з якою багато хто з нас неодноразово стикався, - це нагрівання і кип'ятіння води в деякій посудині, наприклад, у каструлі. У ході нагрівання воді передаватиметься певна кількість теплоти, що призводитиме до збільшення її внутрішньої енергіїта збільшення активності руху молекул. Цей процес протікатиме до певного етапу, поки енергія руху молекул не стане достатньою для початку кипіння.

У воді присутні розчинені гази (або інші домішки), що виділяються у її структурі, що призводить до так званого виникнення центрів пароутворення. Т. е. саме у цих центрах починає відбуватися виділення пари, і по всьому об'єму води утворюються бульбашки, які спостерігаються при кипінні. Важливо розуміти, що в цих бульбашках знаходиться не повітря, а саме пара, що утворюється у процесі кипіння. Після утворення бульбашок кількість пари в них зростає, і вони починають збільшуватися у розмірах. Найчастіше, спочатку бульбашки утворюються поблизу стінок судини і відразу піднімаються на поверхню; спочатку вони, збільшуючись у розмірах, опиняються під впливом наростаючої сили Архімеда, а потім відриваються від стінки та піднімаються на поверхню, де лопаються та вивільняють порцію пари.

Варто відзначити, що далеко не відразу всі бульбашки пари досягають вільної поверхні води. На початку процесу кипіння вода прогріта ще далеко не рівномірно і нижні шари, поблизу яких відбувається безпосередньо процес теплопередачі, ще гарячіше за верхні, навіть з урахуванням процесу конвекції. Це призводить до того, що бульбашки пари, що піднімаються знизу, схлопуються через явища поверхневого натягу, ще не доходячи до вільної поверхні води. При цьому пара, яка знаходилася всередині бульбашок, переходить у воду, тим самим додатково нагріваючи її та прискорюючи процес рівномірного прогріву води по всьому об'єму. В результаті, коли вода прогрівається практично рівномірно, майже всі бульбашки пари починають досягати поверхні води та починається процес інтенсивного пароутворення.

Важливо виділити те що, що температура, коли він проходить процес кипіння, залишається незмінною навіть у тому випадку, якщо збільшувати інтенсивність підведення тепла до рідини. Простими словамиЯкщо в процесі кипіння додати газ на конфорці, яка розігріває каструлю з водою, то це призведе тільки до збільшення інтенсивності кипіння, а не до збільшення температури рідини. Якщо поглиблюватися більш серйозно в процес кипіння, то варто зазначити, що у воді виникають області, в яких вона може бути перегріта вище температури кипіння, але величина такого перегріву, як правило, не перевищує одного-пари градусів і незначна у загальному обсязі рідини. Температура кипіння води за нормального тиску становить 100°С.

У процесі кипіння води можна побачити, що він супроводжується характерними звуками про буріння. Ці звуки виникають саме через описаний процес схлопування бульбашок пари.

Процеси кипіння інших рідин протікають аналогічним чином, що кипіння води. Основна відмінність у цих процесах становлять різні температури кипіння речовин, які за нормального атмосферного тиску є вже виміряними табличними величинами. Вкажемо основні значення цих температур у таблиці.

Цікавий той факт, що температура кипіння рідин залежить від величини атмосферного тиску, тому ми і вказували, що всі значення таблиці наведені при нормальному атмосферному тиску. При зростанні тиску повітря зростає температура кипіння рідини, при зменшенні, навпаки, зменшується.

На цій залежності температури кипіння від тиску довкіллязасновано принцип роботи такого відомого кухонного приладуяк скороварка (рис. 2). Вона являє собою каструлю з кришкою, що щільно закривається, під якою в процесі пароутворення води тиск повітря з парою досягає значення до 2 атмосферних тисків, що призводить до збільшення температури кипіння води в ній до . Через це вода з продуктами в ній можуть нагрітися до температури вище, ніж зазвичай (), і процес приготування прискорюється. Через такий ефект пристрій і отримав свою назву.

Рис. 2. Скороварка ()

Ситуація зі зменшенням температури кипіння рідини зі зниженням атмосферного тиску також має приклад із життя, але не повсякденної багатьом людей. Належить такий приклад до подорожей альпіністів у високогірних районах. Виявляється, що в місцевості, що знаходиться на висоті 3000-5000 м, температура кипіння води через зменшення атмосферного тиску знижується до і більш низьких значень, що призводить до складнощів при приготуванні їжі в походах, т.к. термічної обробкипродуктів у разі потрібно значно більше, ніж за нормальних умов. На висотах близько 7000 м температура кипіння води сягає , що призводить до неможливості приготування багатьох продуктів у умовах.

На тому, що температура кипіння різних речовинвідрізняються, засновані деякі технології поділу речовин. Наприклад, якщо розглядати нагрівання нафти, яка є складною рідиною, що складається з безлічі компонентів, то в процесі кипіння її можна буде розділити на кілька різних речовин. В даному випадку завдяки тому, що температури кипіння гасу, бензину, лігроїну і мазуту різні, їх можна відокремити один від одного шляхом пароутворення і конденсації при різних температурах. Такий процес, як правило, називають розподілом на фракції (рис. 3).

Рис. 3 Поділ нафти на фракції ()

Як і будь-хто фізичний процес, кипіння необхідно характеризувати за допомогою якоїсь чисельної величини, таку величину називають питомою теплотою пароутворення.

Для того, щоб зрозуміти фізичний сенсцієї величини, розглянемо наступний приклад: візьмемо 1 кг води і доведемо її до температури кипіння, потім заміряємо, яку кількість теплоти необхідно для того, щоб повністю випарувати цю воду (без урахування теплових втрат) - ця величина і дорівнюватиме питомій теплоті пароутворення води. Для іншої речовини це значення теплоти буде іншим і буде питомою теплотою пароутворення цієї речовини.

Питома теплота пароутворення виявляється дуже важливою характеристикою сучасних технологіяхвиробництва металів Виявляється, що, наприклад, при плавленні та випаровуванні заліза з його подальшою конденсацією та затвердінням утворюється кристалічна решітказ такою структурою, яка забезпечує більшу міцність, ніж вихідний зразок.

Позначення: питома теплота пароутворення та конденсації (іноді позначається).

Одиниця виміру: .

Питома теплота пароутворення речовин визначається за допомогою експериментів у лабораторних умовах, та її значення для основних речовин занесено до відповідної таблиці.

Речовина

Кипіння - це інтенсивне пароутворення, що відбувається при нагріванні рідини не тільки з поверхні, але й усередині неї.

Кипіння відбувається із поглинанням теплоти.
Більшість теплоти, що підводиться, витрачається на розрив зв'язків між частинками речовини, решта - на роботу, що здійснюється при розширенні пари.
В результаті енергія взаємодії між частинками пари стає більшою, ніж між частинками рідини, тому внутрішня енергія пари більша, ніж внутрішня енергія рідини при тій же температурі.
Кількість теплоти, необхідне для переведення рідини в пару в процесі кипіння, можна розрахувати за формулою:

де m - маса рідини (кг),
L - питома теплота пароутворення.

Питома теплота пароутворення показує, скільки теплоти необхідно, щоб перетворити на пару 1 кг даної речовини при температурі кипіння. Одиниця питомої теплотипароутворення в системі СІ:
[L] = 1 Дж/кг
Зі зростанням тиску температура кипіння рідини підвищується, а питома теплота пароутворення зменшується і навпаки.

Під час кипіння температура рідини не змінюється.
Температура кипіння залежить від тиску, що чиниться на рідину.
Кожна речовина при тому самому тиску має свою температуру кипіння.
Зі збільшенням атмосферного тиску кипіння починається при вищій температурі, при зменшенні тиску - навпаки.
Так, наприклад, вода кипить при 100 ° С лише за нормального атмосферного тиску.

ЩО Ж ВІДБУВАЄТЬСЯ ВСЕРЕДИНІ РІДИНИ ПРИ КИПЕННІ?

Кипіння є перехід рідини в пару з безперервним утворенням і зростанням в рідині бульбашок пари, всередину яких відбувається випаровування рідини. На початку нагрівання вода насичена повітрям та має кімнатну температуру. При нагріванні води розчинений у ній газ виділяється на дні і стінках судини, утворюючи повітряні бульбашки. Вони починають з'являтися задовго до кипіння. У ці бульбашки випаровується вода. Пухирець, наповнений парою, при досить високій температурі починає роздмухуватися.

Досягнувши певних розмірів, він відривається від дна, піднімається до поверхні води і лопається. При цьому пара залишає рідину. Якщо вода прогріта недостатньо, то бульбашка пари, піднімаючись у холодні шари, хлопається. Коливання води, що виникають при цьому, призводять до появи у всьому обсязі води величезної кількості дрібних бульбашок повітря: так званий "білий ключ".

На повітряний пляшечку обсягом на дні судини діє підйомна сила:
Fпід = Fархімеда - Fважкості
Пухирець притиснутий на дно, оскільки на нижню поверхню сили тиску не діють. При нагріванні пляшечку збільшується за рахунок виділення в нього газу і відривається від дна, коли підйомна сила буде трохи більшою за притискаючу. Розмір пляшечки, здатного відірватися від дна, залежить від його форми. Форма бульбашок на дні визначається змочуванням дна судини.

Неоднорідність змочування та злиття бульбашок на дні призводили до збільшення їх розмірів. При великих розмірахбульбашки при підйомі ззаду нього утворюються порожнечі, розриви та завихрення.

Коли бульбашка лопається, вся рідина, що його оточує, спрямовується всередину, і виникає кільцева хвиля. Змикаючись, вона викидає вгору стовпчик води.

При схлопывании бульбашок, що лопаються, в рідині поширюються ударні хвилі ультразвукових частот, що супроводжуються чутним шумом. Для початкових стадій кипіння характерні найгучніші та високі звуки(на стадії " білого ключа" чайник " співає " ).

(джерело: virlib.eunnet.net)

ТЕМПЕРАТУРНИЙ ГРАФІК ЗМІНИ АГРЕГАТНИХ СТАН ВОДИ

ЗАГЛЯНИ НА КНИЖКОВУ ПОЛИЦЮ!

ЦІКАВО

Навіщо в кришці чайника роблять дірочку?
Для виходу пари. Без дірочки у кришці пара може виплеснути воду через носик чайника.
___

Тривалість варіння картоплі починаючи з моменту кипіння не залежить від потужності нагрівача. Тривалість визначається часом перебування продукту за температури кипіння.
Потужність нагрівача не впливає на температуру кипіння, а впливає лише на швидкість випаровування води.

Кипенем можна змусити воду замерзнути. Для цього треба робити відкачування повітря та водяної пари з посудини, де знаходиться вода, так, щоб вода весь час кипіла.

«Горщики легко закипають через край – до негоди!»
Падіння атмосферного тиску, що супроводжує погіршення погоди, спричиняє те, що молоко швидше «втікає».
___

Дуже гарячий окріп можна отримати на дні глибоких шахт, де тиск повітря значно більший, ніж на поверхні Землі. Так на глибині 300 м вода закипить при 101 С. При тиску повітря в 14 атмосфер вода закипає при 200 С.
Під дзвоном повітряного насоса можна отримати «окропу» при 20°С.
На Марсі ми пили б «окріп» при 45 ?
Солена вода кипить при температурі вище 100? C. ___

У гірських районах на значній висоті при зниженому атмосферному тиску вода кипить при температурах нижче 100 Цельсія.

Чекати, доки звариться такий обід, доводиться довше.

Поллємо холодненькою ... і закипить!

Зазвичай вода кипить за 100 градусів Цельсія. Нагріємо воду в колбі на пальнику до кипіння. Погасимо пальник. Вода перестає кипіти. Закриємо колбу пробкою і почнемо обережно лити на пробку струмком холодну воду. Яке? Вода знову закипіла!

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

Під струменем холодної водиВода в колбі, а разом з нею і водяні пари починають остигати.
Об'єм парів зменшується, і тиск над поверхнею води змінюється.
А як ти думаєш, у який бік?
...Температура кипіння води при зниженому тиску менше 100 градусів, і вода в колбі закипає знову!
____

При приготуванні їжі тиск усередині каструлі - "скороварки" - близько 200 кПа, і суп у такій каструлі звариться значно швидше.

Можна набрати в шприц воду приблизно до половини, закрити тією ж пробкою і різко потягнути за поршень. У воді з'явиться маса бульбашок, які говорять, що почався процес кипіння води (і це при кімнатній температурі!).
___

При переході речовини в газоподібний стан його щільність зменшується приблизно 1000 разів.
___

У перших електрочайників нагрівачі знаходилися під денцем. Вода не вступала в контакт із нагрівачем та закипала дуже довго. В 1923 Артур Лардж зробив відкриття: він помістив нагрівач в особливу мідну трубкуі помістив її усередину чайника. Вода швидко закипала.

У США розроблені банки, що самоохолоджуються, для прохолодних напоїв. У банку вмонтований відсік із легкокиплячою рідиною. Якщо в жаркий день роздавити капсулу, рідина почне бурхливо кипіти, забираючи тепло у вмісту банки, і за 90 секунд температура напою знижується на 20-25 градусів за Цельсієм.

НУ ЧОМУ Ж?

А як ти думаєш, чи можна зварити яйце круто, якщо вода закипає при температурі нижче 100 градусів Цельсія?
____

Чи кипітиме вода в каструлі, яка плаває в іншій каструлі з окропом?
Чому? ___

Чи можна змусити кипіти воду, не нагріваючи її?

Ці знання швидко випаровуються, і поступово люди припиняють звертати увагу на сутність звичних явищ. Іноді корисно згадати теоретичні знання.

Визначення

Що таке кипіння? Це фізичний процес, у ході якого відбувається інтенсивне пароутворення як у вільній поверхні рідини, і усередині її структури. Однією з ознак кипіння є утворення бульбашок, які складаються з насиченої пари та повітря.

Варто зазначити існування такого поняття, як температура кипіння. Від тиску також залежить швидкість утворення пари. Воно має бути постійним. Як правило, основною характеристикою рідких хімічних речовинє температура кипіння за нормального атмосферного тиску. Проте на цей процес також можуть вплинути такі фактори, як інтенсивність звукових хвиль, іонізація повітря.

Стадії кипіння води

Обов'язково починає утворюватися пара під час такої процедури, як нагрівання. Кипіння передбачає проходження рідини через 4 стадії:

На дні судини, а також на стінках починають утворюватися невеликі бульбашки. Це результат того, що в тріщинах матеріалу, з якого виготовлена ємність, міститься повітря, яке розширюється під впливом високої температури.
Пухирці починають збільшуватися в обсязі, внаслідок чого вони вириваються на поверхню води. Якщо верхній шаррідини ще досяг температури кипіння, порожнини опускаються на дно, після чого знову починають прагнути вгору. Цей процес призводить до утворення звукових хвиль. Ось тому під час кипіння води ми можемо почути шум.
На поверхню випливає найбільша кількістьбульбашок, що створює враження Після цього рідина блідне. Враховуючи візуальний ефект, цю стадію кипіння називають "білим ключем".
Спостерігається інтенсивне вирування, яке супроводжується утворенням великих міхурів, що швидко лопаються. Цей процес супроводжується появою бризок, а також інтенсивним утворенням пари.

Питома теплота пароутворення

Майже щодня ми стикаємося з таким явищем, як кипіння. Питома теплота пароутворення є фізичною величиною, яка визначає кількість теплоти. З її допомогою рідка речовинаможе бути звернено до пар. Щоб розрахувати цей параметр, потрібно розділити показник теплоти випаровування на масу.

Як відбувається вимір

Показник питомої вимірюється у лабораторних умовах шляхом проведення відповідних експериментів. Вони включають такі дії:

відміряється необхідна кількістьрідини, яка потім переливається в калориметр;
проводиться первісне вимірювання температури води;
на пальник встановлюється колба з заздалегідь поміщеним до неї досліджуваним речовиною;
пара, що виділяється досліджуваним речовиною, запускається калориметр;
проводиться повторне вимірювання температури води;
калориметр піддається зважуванню, що дозволяє обчислити масу сконденсованої пари.

Пухирцевий режим кипіння

Розбираючись із питанням про те, що таке кипіння, варто зазначити, що воно має кілька режимів. Так, при нагріванні пара може утворюватися у вигляді пухирів. Вони періодично ростуть та лопаються. Такий режим кипіння називається пухирцевим. Зазвичай порожнини, наповнені парою, утворюються саме біля стінок судини. Це з тим, що вони, зазвичай, перегріті. Це необхідна умовадля кипіння, адже інакше бульбашки будуть хлопатися, не досягаючи великих розмірів.

Плівковий режим кипіння

Що таке кипіння? Найпростіше пояснити цей процес як пароутворення за певної температури і постійного тиску. Крім бульбашкового режиму, виділяють також плівковий. Його сутність у тому, що з посиленні теплового потокуокремі бульбашки поєднуються, утворюючи паровий шар на стінках судини. При досягненні критичного показника вони прориваються поверхню води. Цей режим кипіння відрізняється тим, що рівень теплопередачі від стінок судини до самої рідини значно знижується. Причиною цього стає та сама парова плівка.

Температура кипіння

Варто відзначити, що існує залежність температури кипіння від тиску, який виявляється на поверхню рідини, що нагрівається. Так, прийнято вважати, що вода кипить під час нагрівання до 100 градусів Цельсія. Проте цей показник вважатимуться справедливим лише тому випадку, якщо показник атмосферного тиску вважатиметься нормальним (101 кПа). Якщо воно буде збільшуватися, температура кипіння також зміниться у бік підвищення. Так, наприклад, у популярних каструлях-скороварках тиск дорівнює приблизно 200 кПа. Таким чином температура кипіння підвищується на 20 пунктів (до 20 градусів).

Прикладом низького атмосферного тиску вважатимуться гірські райони. Так, з огляду на те, що там воно досить невелике, вода починає закипати при температурі близько 90 градусів. Жителям подібних районів доводиться витрачати набагато більше часу на приготування їжі. Так, наприклад, щоб зварити яйце, доведеться нагріти воду не менше ніж на 100 градусів, інакше білок не згорнеться.

Кипіння речовини залежить від показника тиску насиченої пари. Вплив його на температуру обернено пропорційно. Наприклад, ртуть закипає під час нагрівання до 357 градусів Цельсія. Це можна пояснити тим, що тиск насиченої пари дорівнює всього лише 114 Па (для води цей показник становить 101 325 Па).

Кипіння у різних умовах

Залежно від умов та стану рідини температура кипіння може істотно відрізнятися. Наприклад, варто додати в рідину сіль. Іони хлору та натрію розміщуються між молекулами води. Таким чином, на закипання потрібно на порядок більше енергії, а відповідно – часу. Крім того, така вода утворює набагато менше пари.

Чайник використовується для кип'ятіння води в побутових умовах. Якщо використовується чиста рідина, то температура цього процесу становить 100 градусів. За аналогічних умов закипає дистильована вода. Тим не менш, буде витрачено трохи менше часу, якщо врахувати відсутність сторонніх домішок.

Чим відрізняється кипіння від випаровування

Щоразу, коли відбувається кипіння води, пара виділяється в атмосферу. Але ці два процеси не можна ототожнювати. Вони є лише способами пароутворення, що відбувається за певних умов. Так, кипіння – це першого роду. Цей процес є більш інтенсивним, ніж обумовлено утворенням парових вогнищ. Також варто зазначити, що процес випаровування відбувається виключно на поверхні води. Кипіння стосується всього обсягу рідини.

Від чого залежить випаровування

Випаровування є процес перетворення рідкої або твердої речовини в газоподібний стан. Відбувається "вилітання" атомів і молекул, зв'язок яких з іншими частинками виявляється ослабленим під впливом певних умов. Швидкість випаровування може змінюватися під впливом наступних факторів:

площа поверхні рідини;
температура самої речовини, а також навколишнього середовища;
швидкість руху молекул;
вид речовини.

Енергія кипіння води широко використовується людиною у побуті. Цей процес став настільки звичайним і звичним, що ніхто не замислюється про його природу та особливості. Проте з кипінням пов'язана ціла низка цікавих фактів:

Напевно, всі помічали, що в кришці чайника є отвір, але мало хто думає про його призначення. Воно робиться з тією метою, щоб частково випускати пару. В іншому випадку вода може розхлюпатися через носик.
Тривалість варіння картоплі, яєць та інших продуктів не залежить від того, наскільки потужним є нагрівач. Має значення лише той факт, як довго вони перебували під впливом окропу.
На такий показник, як температура кипіння ніяк не впливає потужність нагрівального приладу. Вона може позначитися лише на швидкості випаровування рідини.
Кипіння пов'язане не лише із нагріванням води. За допомогою цього процесу можна змусити рідину замерзнути. Так, у процесі кипіння потрібно робити безперервне відкачування повітря з судини.
Одна з самих актуальних проблемдля господинь у тому, що молоко може " втекти " . Так, ризик цього явища значно підвищується під час погіршення погоди, що супроводжується падінням атмосферного тиску.
Найгарячіший окріп виходить у глибоких підземних шахтах.
Шляхом експериментальних дослідженьВченим вдалося встановити, що на Марсі вода закипає за температури 45 градусів Цельсія.

Чи може вода кипіти за кімнатної температури?

Шляхом нескладних підрахунків вченим вдалося встановити, що вода може закипіти при рівні стратосфери. Аналогічні умови можна відтворити за допомогою вакуумного насосу. Тим не менш, подібний досвід можна провести і в більш простих, приземлених умовах.

У літровій колбі потрібно закип'ятити 200 мл води, а коли ємність заповниться парою, її потрібно щільно закрити, зняти з вогню. Помістивши її над кристалізатором, слід дочекатися закінчення процесу кипіння. Далі колбу обливають холодною водою. Після цього в ємності знову розпочнеться інтенсивне кипіння. Це з тим, що під впливом низької температури пара, що у верхню частину колби, опускається.

Чи знаєте ви, яка температура супу, що вариться? 100 ˚С. Не більше, не менше. За тієї ж температури закипає чайник, і варяться макарони. Що це означає?

Чому при постійному підігріві каструльки або чайника газом, що горить, температура води всередині не піднімається вище ста градусів? Справа в тому, що коли вода досягає температури в сто градусів, вся надходить теплова енергіявитрачається на перехід води у газоподібний стан, тобто випаровування. До ста градусів випаровування відбувається переважно з поверхні, а досягнувши цієї температури, вода закипає. Кипіння - це теж випаровування, але лише по всьому об'єму рідини. Пухирці з гарячою парою утворюються всередині води і, будучи легше води, ці бульбашки вириваються на поверхню, а пара з них випаровується в повітря.

До ста градусів температура води під час нагрівання зростає. Після ста градусів при подальшому нагріванні зростатиме температура водяної пари. А ось поки вся вода не википить за сто градусів, її температура не підвищиться, скільки енергії не прикладай. Куди подінеться ця енергія, ми вже розібралися - на перехід води в газоподібний стан. Але якщо існує таке явище, значить має бути що описує це явище фізична величина. І така величина є. Називається вона питомою теплотою пароутворення.

Питома теплота пароутворення води

Питома теплота пароутворення - це фізична величина, яка показує кількість теплоти, необхідне, щоб перетворити рідину масою 1 кг на пару при температурі кипіння. Позначається питома теплота пароутворення літерою L. А одиницею виміру є джоуль на кілограм (1 Дж/кг).

Питому теплоту пароутворення можна знайти з формули:

де Q - це кількість теплоти,
m – маса тіла.

До речі, формула така сама, як і для розрахунку питомої теплоти плавлення, різниця лише в позначенні. λ та L

Досвідченим шляхом знайдено значення питомої теплоти пароутворення різних речовин та складено таблиці, звідки можна знайти дані для кожної речовини. Так, питома теплота пароутворення води дорівнює 2,3 * 106 Дж / кг. Це означає, що на кожен кілограм води необхідно витратити кількість енергії, що дорівнює 2,3*106 Дж, щоб перетворити її на пару. Але при цьому вода повинна вже володіти температурою кипіння. Якщо вода спочатку була нижчою температури, то необхідно розрахувати ще ту кількість теплоти, яка буде потрібна для підігріву води до ста градусів.

В реальних умовах часто потрібно визначити кількість теплоти, необхідну для перетворення на пару певної маси будь-якої рідини,тому частіше доводиться мати справу з формулою виду: Q = Lm, а значення питомої теплоти пароутворення конкретної речовини беруть з готових таблиць.

Тема: Агрегатні стани речовини

Урок: Кипіння. Питома теплота пароутворення та конденсації

Докладніше розглянемо перебіг процесу кипіння. Уявімо ситуацію, з якою багато хто з нас неодноразово стикався, - це нагрівання і кип'ятіння води в деякій посудині, наприклад, у каструлі. У ході нагрівання воді передаватиметься певна кількість теплоти, що призводитиме до збільшення її внутрішньої енергії та збільшення активності руху молекул. Цей процес протікатиме до певного етапу, поки енергія руху молекул не стане достатньою для початку кипіння.

Важливо виділити те що, що температура, коли він проходить процес кипіння, залишається незмінною навіть у тому випадку, якщо збільшувати інтенсивність підведення тепла до рідини. Простими словами, якщо в процесі кипіння додати газ на конфорці, яка розігріває каструлю з водою, це призведе тільки до збільшення інтенсивності кипіння, а не до збільшення температури рідини. Якщо поглиблюватися більш серйозно в процес кипіння, то варто зазначити, що у воді виникають області, в яких вона може бути перегріта вище температури кипіння, але величина такого перегріву, як правило, не перевищує одного-пари градусів і незначна у загальному обсязі рідини. Температура кипіння води за нормального тиску становить 100°С.

На цій залежності температури кипіння від тиску навколишнього середовища заснований на принцип роботи такого відомого кухонного приладу, як скороварка (рис. 2). Вона являє собою каструлю з кришкою, що щільно закривається, під якою в процесі пароутворення води тиск повітря з парою досягає значення до 2 атмосферних тисків, що призводить до збільшення температури кипіння води в ній до . Через це вода з продуктами в ній можуть нагрітися до температури вище, ніж зазвичай (), і процес приготування прискорюється. Через такий ефект пристрій і отримав свою назву.

Рис. 2. Скороварка ()

Ситуація зі зменшенням температури кипіння рідини зі зниженням атмосферного тиску також має приклад із життя, але не повсякденної багатьом людей. Належить такий приклад до подорожей альпіністів у високогірних районах. Виявляється, що в місцевості, що знаходиться на висоті 3000-5000 м, температура кипіння води через зменшення атмосферного тиску знижується до і більш низьких значень, що призводить до складнощів при приготуванні їжі в походах, тому що для ефективної термічної обробки продуктів такому разі потрібно значно більше часу, ніж за нормальних умов. На висотах близько 7000 м температура кипіння води сягає , що призводить до неможливості приготування багатьох продуктів у умовах.

На тому, що температури кипіння різних речовин відрізняються, ґрунтуються деякі технології поділу речовин. Наприклад, якщо розглядати нагрівання нафти, яка є складною рідиною, що складається з безлічі компонентів, то в процесі кипіння її можна буде розділити на кілька різних речовин. В даному випадку завдяки тому, що температури кипіння гасу, бензину, лігроїну і мазуту різні, їх можна відокремити один від одного шляхом пароутворення і конденсації при різних температурах. Такий процес, як правило, називають розподілом на фракції (рис. 3).

Рис. 3 Поділ нафти на фракції ()

Як і будь-який фізичний процес, кипіння необхідно характеризувати за допомогою якоїсь чисельної величини, таку величину називають питомою теплотою пароутворення.

Для того щоб зрозуміти фізичний сенс цієї величини, розглянемо наступний приклад: візьмемо 1 кг води і доведемо її до температури кипіння, потім заміряємо, скільки теплоти необхідно для того, щоб повністю випарувати цю воду (без урахування теплових втрат) - ця величина і буде дорівнює питомій теплоті пароутворення води. Для іншої речовини це значення теплоти буде іншим і буде питомою теплотою пароутворення цієї речовини.

Питома теплота пароутворення є дуже важливою характеристикою сучасних технологіях виробництва металів. Виявляється, що, наприклад, при плавленні та випаровуванні заліза з його подальшою конденсацією та затвердінням утворюється кристалічна решітка з такою структурою, яка забезпечує більш високу міцність, ніж вихідний зразок.

Позначення: питома теплота пароутворення та конденсації (іноді позначається).

Одиниця виміру: .

Речовина