При каква температура кипи водата? Зависимост на температурата на кипене от налягането. Кипене и изпаряване на водата

От горните разсъждения става ясно, че точката на кипене на течността трябва да зависи от външен натиск. Наблюденията потвърждават това.

Колкото по-голямо е външното налягане, толкова по-висока е точката на кипене. Така в парен котел при налягане, достигащо 1,6 × 10 6 Pa, водата не кипи дори при температура 200 ° C. В лечебните заведения кипенето на вода в херметически затворени съдове - автоклави (фиг. 6.11) също се случва при повишено налягане. Следователно точката на кипене е значително по-висока от 100 °C. Автоклавите се използват за стерилизиране на хирургически инструменти, превързочни материали и др.

И обратното, като намаляваме външното налягане, по този начин намаляваме точката на кипене. Под звънеца на въздушна помпа можете да накарате водата да заври при стайна температура (фиг. 6.12). Докато изкачвате планини, атмосферното налягане намалява, следователно точката на кипене намалява. На надморска височина от 7134 m (връх Ленин в Памир) налягането е приблизително 4 10 4 Pa (300 mm Hg). Там водата кипи при около 70 °C. При тези условия е невъзможно да се готви например месо.

Фигура 6.13 показва крива на точката на кипене на водата спрямо външното налягане. Лесно е да се разбере, че тази крива също е крива, изразяваща зависимостта на налягането на наситените водни пари от температурата.

Разлики в точките на кипене на течности

Всяка течност има своя точка на кипене. Разликата в точките на кипене на течностите се определя от разликата в налягането на техните наситени пари при една и съща температура. Например, етерните пари вече при стайна температура имат налягане, по-голямо от половината от атмосферното. Следователно, за да може налягането на етерните пари да стане равно на атмосферното налягане, е необходимо леко повишаване на температурата (до 35 ° C). В живака наситените пари имат много незначително налягане при стайна температура. Налягането на живачните пари става равно на атмосферното само при значително повишаване на температурата (до 357 ° C). При тази температура, ако външното налягане е 105 Pa, живакът кипи.

Разликата в точките на кипене на веществата се използва широко в технологиите, например при разделянето на петролни продукти. При нагряване на маслото първо се изпаряват неговите най-ценни, летливи части (бензин), които по този начин могат да бъдат отделени от „тежките“ остатъци (масла, мазут).

Течността кипи при нейното налягане наситена парав сравнение с налягането вътре в течността.

§ 6.6. Топлина на изпарение

Необходима ли е енергия за превръщането на течността в пара? Вероятно да! Не е ли?

Отбелязахме (виж § 6.1), че изпарението на течност е придружено от нейното охлаждане. За да се поддържа непроменена температурата на изпаряващата се течност, е необходимо да се доставя топлина отвън. Разбира се, самата топлина може да бъде прехвърлена към течността от околните тела. Така водата в чашата се изпарява, но температурата на водата, малко по-ниска от температурата на околната среда, остава непроменена. Топлината се предава от въздух към вода, докато цялата вода се изпари.

За да се поддържа кипенето на вода (или друга течност), към нея трябва непрекъснато да се подава топлина, например чрез нагряване с горелка. В този случай температурата на водата и съда не се повишава, но всяка секунда се произвежда определено количество пара.

По този начин, за да се превърне течността в пара чрез изпаряване или чрез кипене, е необходима топлина. Количеството топлина, необходимо за превръщане на дадена маса течност в пара при същата температура, се нарича топлина на изпаряване на тази течност.

За какво се изразходва енергията, предоставена на тялото? На първо място, за увеличаване на вътрешната му енергия по време на прехода от течно към газообразно състояние: в крайна сметка това увеличава обема на веществото от обема на течността до обема на наситената пара. Следователно средното разстояние между молекулите се увеличава, а оттам и тяхната потенциална енергия.

Освен това, когато обемът на веществото се увеличава, се извършва работа срещу външни сили на натиск. Тази част от топлината на изпаряване при стайна температура обикновено е няколко процента от общата топлина на изпаряване.

Топлината на изпаряване зависи от вида на течността, нейната маса и температура. Зависимостта на топлината на изпаряване от вида на течността се характеризира със стойност, наречена специфична топлина на изпарение.

Специфичната топлина на изпаряване на дадена течност е съотношението на топлината на изпаряване на течност към нейната маса:

(6.6.1)

Където r- специфична топлина на изпаряване на течността; T- маса на течността; Q н- топлината му на изпарение. Единицата SI за специфична топлина на изпарение е джаул на килограм (J/kg).

Специфичната топлина на изпаряване на водата е много висока: 2,256·10 6 J/kg при температура 100 °C. За други течности (алкохол, етер, живак, керосин и др.) специфичната топлина на изпарение е 3-10 пъти по-малка.

Кипенето е процес на промяна на агрегатното състояние на дадено вещество. Когато говорим за вода, имаме предвид преминаването от течно състояние в състояние на пара. Важно е да се отбележи, че кипенето не е изпарение, което може да се случи дори при стайна температура. Също така не трябва да се бърка с кипенето, което е процес на нагряване на водата до определена температура. Сега, след като разбрахме понятията, можем да определим при каква температура кипи водата.

Процес

Процесът на трансформиране на агрегатното състояние от течно в газообразно е сложен. И въпреки че хората не го виждат, има 4 етапа:

На първия етап на дъното на нагрятия съд се образуват малки мехурчета. Те могат да се видят и отстрани или на повърхността на водата. Те се образуват поради разширяването на въздушните мехурчета, които винаги присъстват в пукнатините на контейнера, където се нагрява водата.
Във втория етап обемът на мехурчетата се увеличава. Всички те започват да се втурват към повърхността, тъй като вътре в тях има наситена пара, която е по-лека от водата. С повишаване на температурата на нагряване налягането на мехурчетата се увеличава и те се изтласкват към повърхността благодарение на добре познатата Архимедова сила. В този случай можете да чуете характерния звук на кипене, който се образува поради постоянното разширяване и намаляване на размера на мехурчетата.
На третия етап можете да видите на повърхността голям броймехурчета. Това първоначално създава мътност във водата. Този процес се нарича популярно „варене на бяло“ и трае кратък период от време.
На четвъртия етап водата кипи интензивно, на повърхността се появяват големи пукащи се мехурчета и могат да се появят пръски. Най-често пръскането означава, че течността е достигнала максималната си температура. От водата ще започне да излиза пара.

Известно е, че водата кипи при температура 100 градуса, което е възможно само на четвъртия етап.

Температура на парата

Парата е едно от състоянията на водата. Когато попадне във въздуха, той, подобно на другите газове, упражнява определен натиск върху него. По време на изпаряването температурата на парата и водата остава постоянна, докато цялата течност промени агрегатното си състояние. Това явление може да се обясни с факта, че по време на кипене цялата енергия се изразходва за превръщане на водата в пара.

В самото начало на кипенето се образува влажна, наситена пара, която става суха, след като цялата течност се изпари. Ако температурата му започне да надвишава температурата на водата, тогава такава пара се прегрява и нейните характеристики ще бъдат по-близки до газа.

Кипяща солена вода

Доста интересно е да се знае при каква температура кипи вода с високо съдържание на сол. Известно е, че тя трябва да бъде по-висока поради съдържанието на Na+ и Cl- йони в състава, които заемат пространството между водните молекули. Ето как химичният състав на водата със сол се различава от обикновената прясна течност.

Факт е, че в солената вода протича реакция на хидратация - процесът на добавяне на водни молекули към йони на солта. Връзките между молекулите на прясна вода са по-слаби от тези, образувани по време на хидратация, така че ще отнеме повече време, за да заври течност с разтворена сол. С повишаването на температурата молекулите в солената вода се движат по-бързо, но те са по-малко, което води до по-редки сблъсъци между тях. В резултат на това се произвежда по-малко пара и следователно нейното налягане е по-ниско от налягането на парата на прясна вода. Следователно ще е необходима повече енергия (температура) за пълното изпаряване. Средно, за да сварите един литър вода, съдържаща 60 грама сол, е необходимо да увеличите степента на кипене на водата с 10% (т.е. с 10 С).

Зависимост на кипенето от налягането

Известно е, че в планината, независимо от химичен съставводата ще има по-ниска точка на кипене. Това се случва, защото атмосферното налягане е по-ниско на надморска височина. Нормалното налягане се счита за 101,325 kPa. При него точката на кипене на водата е 100 градуса по Целзий. Но ако се изкачите на планина, където налягането е средно 40 kPa, тогава водата там ще заври при 75,88 C. Но това не означава, че ще трябва да отделите почти наполовина по-малко време за готвене в планината. Термичната обработка на храните изисква определена температура.

Смята се, че на надморска височина от 500 метра водата ще кипи при 98,3 C, а на надморска височина от 3000 метра точката на кипене ще бъде 90 C.

Обърнете внимание, че този закон важи и в обратната посока. Ако поставите течност в затворена колба, през която парата не може да премине, тогава с повишаването на температурата и образуването на пара налягането в тази колба ще се увеличи и кипенето при повишено налягане ще настъпи при по-висока температура. Например, при налягане от 490,3 kPa, точката на кипене на водата ще бъде 151 C.

Кипяща дестилирана вода

Дестилираната вода е пречистена вода без никакви примеси. Често се използва за медицински или технически цели. Като се има предвид, че в такава вода няма примеси, тя не се използва за готвене. Интересно е да се отбележи, че дестилираната вода завира по-бързо от обикновената прясна вода, но точката на кипене остава същата – 100 градуса. Разликата във времето за кипене обаче ще бъде минимална - само част от секундата.

В чайник

Хората често се чудят при каква температура кипи водата в чайник, тъй като това са устройствата, които използват за варене на течности. Като се има предвид фактът, че атмосферното налягане в апартамента е равно на стандартното, а използваната вода не съдържа соли и други примеси, които не трябва да има, тогава точката на кипене също ще бъде стандартна - 100 градуса. Но ако водата съдържа сол, тогава точката на кипене, както вече знаем, ще бъде по-висока.

Заключение

Сега знаете при каква температура кипи водата и как атмосферното налягане и съставът на течността влияят на този процес. В това няма нищо сложно и децата получават такава информация в училище. Основното нещо е да запомните, че когато налягането намалява, точката на кипене на течността също намалява, а когато се увеличава, тя също се увеличава.

В интернет можете да намерите много различни таблици, които показват зависимостта на точката на кипене на течност от атмосферното налягане. Те са достъпни за всички и се използват активно от ученици, студенти и дори учители в институти.

>>Физика: Зависимост на налягането на наситените пари от температурата. кипене

Течността не само се изпарява. При определена температура кипи.
Зависимост на налягането на наситените пари от температурата. Състоянието на наситената пара, както показва опитът (говорихме за това в предишния параграф), се описва приблизително от уравнението на състоянието на идеален газ (10.4), а неговото налягане се определя от формулата

С повишаване на температурата налягането се увеличава. защото Налягането на наситените пари не зависи от обема, следователно зависи само от температурата.
Въпреки това, зависимостта r н.п.от T, намерено експериментално, не е правопропорционално, като това на идеален газ при постоянен обем. С повишаване на температурата налягането на реалната наситена пара нараства по-бързо от налягането на идеален газ ( Фиг.11.1, част от кривата AB). Това става очевидно, ако начертаем изохори на идеален газ през точките АИ IN(пунктирани линии). Защо се случва това?

Когато течността се нагрява в затворен съд, част от течността се превръща в пара. В резултат на това съгласно формула (11.1) налягането на наситените пари се увеличава не само поради повишаване на температурата на течността, но и поради увеличаване на концентрацията на молекулите (плътността) на парите. По принцип нарастването на налягането с повишаване на температурата се определя именно от увеличаването на концентрацията. Основната разлика в поведението на идеалния газ и наситената пара е, че когато температурата на парата в затворен съд се промени (или когато обемът се промени с постоянна температура) масата на парата се променя. Течността частично се превръща в пара или, напротив, парата частично кондензира. Нищо подобно не се случва с идеална газ.
Когато цялата течност се изпари, парата ще престане да бъде наситена при по-нататъшно нагряване и нейното налягане при постоянен обем ще се увеличи правопропорционално на абсолютната температура (виж. Фиг.11.1, част от кривата слънце).
. С повишаване на температурата на течността скоростта на изпарение се увеличава. Накрая течността започва да кипи. При кипене по целия обем на течността се образуват бързо нарастващи мехурчета пара, които изплуват на повърхността. Точката на кипене на течността остава постоянна. Това се случва, защото цялата енергия, предоставена на течността, се изразходва за превръщането й в пара. При какви условия започва кипенето?
Течността винаги съдържа разтворени газове, отделящи се на дъното и стените на съда, както и върху прахови частици, суспендирани в течността, които са центрове на изпарение. Течните пари вътре в мехурчетата са наситени. С повишаването на температурата налягането на наситените пари се увеличава и мехурчетата се увеличават по размер. Под въздействието на плаваща сила те се носят нагоре. Ако горните слоеве на течността имат по-ниска температура, тогава в тези слоеве се получава кондензация на пари в мехурчета. Налягането пада бързо и мехурчетата се свиват. Колапсът настъпва толкова бързо, че стените на балона се сблъскват и предизвикват нещо като експлозия. Много такива микроексплозии създават характерен шум. Когато течността се затопли достатъчно, мехурчетата ще спрат да се срутват и ще изплуват на повърхността. Течността ще заври. Наблюдавайте внимателно чайника на котлона. Ще откриете, че почти спира да шуми, преди да заври.
Зависимостта на налягането на наситените пари от температурата обяснява защо точката на кипене на течността зависи от налягането върху нейната повърхност. Парен мехур може да нарасне, когато налягането на наситената пара вътре в него леко надвишава налягането в течността, което е сумата от въздушното налягане върху повърхността на течността (външно налягане) и хидростатичното налягане на течния стълб.
Нека обърнем внимание на факта, че изпарението на течност се извършва при температури под точката на кипене и само от повърхността на течността; по време на кипене се образува пара в целия обем на течността.
Кипенето започва при температурата, при която налягането на наситените пари в мехурчетата е равно на налягането в течността.
Колкото по-голямо е външното налягане, толкова по-висока е точката на кипене. Така в парен котел при налягане, достигащо 1,6·10 6 Pa, водата не кипи дори при температура 200 ° C. В лечебни заведения в херметически затворени съдове - автоклави ( Фиг.11.2) кипенето на водата става и при повишено налягане. Следователно точката на кипене на течността е много по-висока от 100°C. Автоклавите се използват за стерилизиране на хирургически инструменти и др.

И обратно, като намаляваме външното налягане, по този начин намаляваме точката на кипене. Като изпомпвате въздух и водни пари от колбата, можете да накарате водата да заври при стайна температура ( Фиг.11.3). Докато изкачвате планини, атмосферното налягане намалява, следователно точката на кипене намалява. На надморска височина от 7134 m (връх Ленин в Памир) налягането е приблизително 4 10 4 Pa (300 mm Hg). Там водата кипи при около 70°C. При тези условия е невъзможно да се готви месо.

Всяка течност има своя точка на кипене, която зависи от налягането на наситените пари. Колкото по-високо е налягането на наситените пари, толкова по-ниска е точката на кипене на течността, тъй като при по-ниски температури налягането на наситените пари става равно на атмосферното налягане. Например, при точка на кипене 100°C налягането на наситените пари на водата е 101 325 Pa (760 mm Hg), а налягането на живачните пари е само 117 Pa (0,88 mm Hg). Живакът кипи при температура 357°C при нормално налягане.
Течността кипи, когато налягането на наситените пари стане равно на налягането вътре в течността.

???
1. Защо температурата на кипене се повишава с увеличаване на налягането?
2. Защо при кипенето е важно да се повишава налягането на наситените пари в мехурчетата, а не да се повишава налягането на въздуха в тях?
3. Как да заври течност, докато охлаждаме съда? (Този въпрос не е лесен.)

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Соцкий, Физика 10 клас

Съдържание на урока бележки към уроцитеподдържаща рамка презентация урок методи ускорение интерактивни технологии Практикувайте задачи и упражнения самопроверка работилници, обучения, казуси, куестове домашна работа въпроси за дискусия риторични въпроси от ученици Илюстрации аудио, видео клипове и мултимедияснимки, картинки, графики, таблици, диаграми, хумор, анекдоти, вицове, комикси, притчи, поговорки, кръстословици, цитати Добавки резюметастатии трикове за любознателните ясли учебници основен и допълнителен речник на термините други Подобряване на учебниците и уроцитекоригиране на грешки в учебникаактуализиране на фрагмент в учебник, елементи на иновация в урока, замяна на остарели знания с нови Само за учители перфектни уроцикалендарен план за годината насокидискусионни програми Интегрирани уроци

Ако имате корекции или предложения за този урок,

Изпаряването може да възникне не само в резултат на изпаряване, но и по време на кипене. Нека разгледаме кипенето от енергийна гледна точка.

Винаги има малко въздух, разтворен в течност. При нагряване на течността количеството на разтворения в нея газ намалява, в резултат на което част от него се отделя под формата на малки мехурчета по дъното и стените на съда и върху неразтворени твърди частици, суспендирани в течността. Течността се изпарява в тези въздушни мехурчета. С времето изпаренията в тях се насищат. При по-нататъшно нагряване налягането на наситените пари вътре в мехурчетата и техният обем се увеличават. Когато налягането на парите вътре в мехурчетата стане равно на атмосферното, те се издигат на повърхността на течността под въздействието на плаващата сила на Архимед, пукат се и от тях излиза пара. Изпаряването, което се случва едновременно от повърхността на течността и вътре в самата течност във въздушни мехурчета, се нарича кипене.Температурата, при която налягането на наситените пари в мехурчетата става равно на външното налягане, се нарича точка на кипене.

Тъй като при едни и същи температури наляганията на наситени пари на различни течности са различни, тогава при различни температуристават равни атмосферно налягане. Това кара различни течности да кипят при различни температури. Това свойство на течностите се използва при сублимация на петролни продукти. При нагряване на маслото първо се изпаряват най-ценните, летливи части (бензин), които по този начин се отделят от "тежките" остатъци (масла, мазут).

От факта, че кипенето възниква, когато налягането на наситените пари е равно на външното налягане върху течността, следва, че точката на кипене на течността зависи от външното налягане. Ако се увеличи, тогава течността кипи при по-висока температура, тъй като за постигане на такова налягане наситената пара се нуждае от повече топлина. Напротив, при понижено налягане течността кипи при по-ниска температура. Това може да се провери от опит. Загрейте водата в колбата до кипене и извадете спиртната лампа (фиг. 37, а). Водата спира да ври. След като затворим колбата със запушалка, ще започнем да отстраняваме въздуха и водните пари от нея с помпа, като по този начин намаляваме налягането върху водата, която в резултат на това кипи.Принуждавайки я да кипи в отворената колба, чрез изпомпване на въздух в колбата ще увеличим налягането на водата (фиг. 37, б). Тя спира да кипи. При налягане 1 атмводата кипи при 100° C, а при 10 атм- при 180° C. Тази зависимост се използва например в автоклави, в медицината за стерилизация, в кулинарията за ускоряване на варенето на хранителни продукти.

За да започне течността да кипи, тя трябва да се загрее до температура на кипене. За да направите това, трябва да придадете енергия на течността, например количеството топлина Q = cm(t° до - t° 0). При кипене температурата на течността остава постоянна. Това се случва, защото количеството топлина, отчетено по време на кипене, се изразходва не за увеличаване на кинетичната енергия на течните молекули, а за работата по разрушаване на молекулните връзки, т.е. за изпаряване. При кондензация, съгласно закона за запазване на енергията, се отделя пара заобикаляща средаколичеството топлина, изразходвано за изпаряване. Кондензацията възниква при точката на кипене, която остава постоянна по време на процеса на кондензация. (Обясни защо).

Нека създадем уравнение на топлинния баланс за изпарение и кондензация. Парата, взета при точката на кипене на течността, навлиза във водата в калориметъра през тръба А (фиг. 38, а), кондензира в нея, давайки й количеството топлина, изразходвано за нейното производство. Водата и калориметърът получават количество топлина не само от кондензацията на парата, но и от течността, която се получава от нея. Данните за физическите величини са дадени в табл. 3.

Кондензиращата пара отдели количеството топлина Q p = rm 3(Фиг. 38, b). Получената от пара течност, охладена от t° 3 до θ°, отдава известно количество топлина Q 3 = c 2 m 3 (t 3 ° - θ °).

Калориметърът и водата, нагряване от t ° 2 до θ ° (фиг. 38, c), получиха количеството топлина

Q 1 = c 1 m 1 (θ° - t° 2); Q 2 = c 2 m 2 (θ° - t° 2).

Въз основа на закона за запазване и трансформация на енергията

Q p + Q 3 = Q 1 + Q 2,

кипене- това е изпарение, което се случва едновременно както от повърхността, така и в целия обем на течността. Състои се във факта, че множество мехурчета изплуват и се пукат, причинявайки характерно кипене.

Както показва опитът, кипенето на течност при дадено външно налягане започва при точно определена температура, която не се променя по време на процеса на кипене и може да се случи само когато енергията се доставя отвън в резултат на топлообмен (фиг. 1 ):

където L е специфичната топлина на изпарение при точката на кипене.

Механизъм на кипене: течността винаги съдържа разтворен газ, чиято степен на разтваряне намалява с повишаване на температурата. Освен това по стените на съда има адсорбиран газ. При нагряване на течността отдолу (фиг. 2) започва да се отделя газ под формата на мехурчета по стените на съда. Течността се изпарява в тези мехурчета. Следователно, в допълнение към въздуха, те съдържат наситена пара, чието налягане бързо се увеличава с повишаване на температурата и мехурчетата нарастват по обем и следователно Архимедовите сили, действащи върху тях, се увеличават. Когато плаващата сила стане по-голяма от гравитацията на мехура, той започва да плава. Но докато течността се нагрее равномерно, докато се издига, обемът на мехурчето намалява (налягането на наситените пари намалява с намаляване на температурата) и преди да достигнат свободната повърхност, мехурчетата изчезват (колабират) (фиг. 2, а), което затова чуваме характерен шум преди кипене. Когато температурата на течността се изравни, обемът на мехурчето ще се увеличи, докато се издига, тъй като налягането на наситените пари не се променя, а външното налягане върху мехурчето, което е сумата от хидростатичното налягане на течността над мехурчето и атмосферното налягане, намалява. Мехурът достига свободната повърхност на течността, пука се и от него излиза наситена пара (фиг. 2, б) - течността кипи. Налягането на наситените пари в мехурчетата е почти равно на външното налягане.

Температурата, при която налягането на наситените пари на течността е равно на външното налягане върху свободната й повърхност, се нарича точка на кипенетечности.

Тъй като налягането на наситените пари се увеличава с повишаване на температурата и по време на кипене трябва да бъде равно на външното налягане, тогава с увеличаване на външното налягане точката на кипене се повишава.

Точката на кипене също зависи от наличието на примеси, обикновено нараства с увеличаване на концентрацията на примеси.

Ако първо освободите течността от разтворения в нея газ, тогава тя може да бъде прегрята, т.е. загрейте над точката на кипене. Това е нестабилно състояние на течност. Достатъчни са малки удари и течността завира, като температурата й веднага пада до точката на кипене.

$моб_инфо$