Bei welcher Temperatur kocht Wasser? Abhängigkeit der Siedetemperatur vom Druck. Wie sich der Siedepunkt von Wasser abhängig vom Druck ändert Der Siedepunkt einer Flüssigkeit, wenn sich der äußere Druck ändert

Sieden ist ein intensiver Übergang von Flüssigkeit in Dampf, der unter Bildung von Dampfblasen im gesamten Flüssigkeitsvolumen bei einer bestimmten Temperatur auftritt.

Die Verdampfung ist im Gegensatz zum Sieden ein sehr langsamer Prozess und findet bei jeder Temperatur statt, unabhängig vom Druck.

Wenn flüssige Körper erhitzt werden, erhöht sich ihre innere Energie, während die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle zunimmt und ihre kinetische Energie zunimmt. Die kinetische Energie einiger Moleküle nimmt so stark zu, dass sie ausreicht, um die Wechselwirkung zwischen Molekülen zu überwinden und aus der Flüssigkeit zu fliegen.

Wir haben dieses Phänomen experimentell beobachtet. Dazu erhitzten wir Wasser in einem offenen Glaskolben und maßen dessen Temperatur. Wir haben 100 ml Wasser in eine Glasflasche gegossen, diese dann an einer Halterung befestigt und auf die Alkohollampe gestellt. Die anfängliche Wassertemperatur betrug 28 ºC.

Zeit Temperatur Prozess im Kolben

2 Minuten 50° Es bildeten sich viele kleine Bläschen an den Wänden des Kolbens

2 Minuten. 45 Sek. 62° Die Blasen begannen größer zu werden. Da war ein Geräusch

4 Minuten 84° Die Blasen werden größer und steigen an die Oberfläche.

6 Min. 05 Sek. 100° Das Volumen der Blasen hat stark zugenommen, sie platzen aktiv an der Oberfläche. Wasser kocht.

Tabelle Nr. 1

Basierend auf den Ergebnissen unserer Beobachtungen können wir die Siedestadien identifizieren.

Kochstufen:

Die Verdunstung von der Oberfläche einer Flüssigkeit nimmt mit steigender Temperatur zu. Manchmal kann es zu Nebel kommen (der Dampf selbst ist nicht sichtbar).

Am Boden und an den Wänden des Gefäßes bilden sich Luftblasen.

Zuerst wird das Gefäß erhitzt, dann die Flüssigkeit am Boden und an den Wänden. Da im Wasser immer gelöste Luft vorhanden ist, dehnen sich Luftblasen beim Erhitzen aus und werden sichtbar.

Luftblasen beginnen sich zu vergrößern und erscheinen im gesamten Volumen, und die Blasen enthalten nicht nur Luft, sondern auch Wasserdampf, da Wasser in diesen Luftblasen zu verdampfen beginnt. Es entsteht ein charakteristisches Geräusch.

Wenn genug großes Volumen Blase beginnt unter dem Einfluss der archimedischen Kraft nach oben zu steigen. Da die Flüssigkeit durch Konvektion erhitzt wird, ist die Temperatur der unteren Schichten höher als die Temperatur obere Schichten Wasser. Daher kondensiert in einer aufsteigenden Blase Wasserdampf und das Volumen der Blase nimmt ab. Dementsprechend ist der Druck im Inneren der Blase geringer als der Druck der Atmosphäre und der Flüssigkeitssäule, der auf die Blase ausgeübt wird. Die Blase wird platzen. Lärm ist zu hören.

Bei einer bestimmten Temperatur, also wenn sich die gesamte Flüssigkeit durch Konvektion erwärmt, nimmt das Volumen der Blasen bei Annäherung an die Oberfläche stark zu, da der Druck im Inneren der Blase dem Außendruck (der Atmosphäre) entspricht und die Flüssigkeitssäule). Die Blasen platzen an der Oberfläche und über der Flüssigkeit bildet sich viel Dampf. Wasser kocht.

Anzeichen von Sieden

Viele Blasen platzen. Viel Dampf an der Oberfläche.

Siedezustand:

Der Druck innerhalb der Blase ist gleich dem Druck der Atmosphäre plus dem Druck der Flüssigkeitssäule über der Blase.

Um Wasser zum Kochen zu bringen, reicht es nicht aus, es nur auf 100 °C zu erhitzen; es muss auch eine erhebliche Wärmezufuhr erfolgen, um das Wasser in einen anderen Aggregatzustand, nämlich Dampf, zu überführen.

Wir haben die obige Aussage durch Erfahrung bestätigt.

Wir nahmen eine Glasflasche, befestigten sie an einer Halterung und stellten sie in einen Topf, der auf dem Feuer stand sauberes Wasser damit die Flasche den Boden unserer Pfanne nicht berührt. Als das Wasser im Topf kochte, kochte das Wasser im Kolben nicht. Die Temperatur des Wassers im Kolben erreichte fast 100 °C, kochte jedoch nicht. Dieses Ergebnis hätte vorhergesagt werden können.

Fazit: Um Wasser zum Kochen zu bringen, reicht es nicht aus, es nur auf 100 °C zu erhitzen, man muss ihm ausreichend Wärme zuführen.

Aber was ist der Unterschied zwischen Wasser in einer Flasche und Wasser in einer Pfanne? Schließlich enthält die Blase dasselbe Wasser, nur durch eine Glastrennwand vom Rest der Masse getrennt; warum passiert ihr nicht das Gleiche wie dem Rest des Wassers?

Denn die Trennwand verhindert, dass das Wasser der Blase an den Strömungen teilnimmt, die das gesamte Wasser in der Pfanne vermischen. Jedes Wasserteilchen im Topf kann den erhitzten Boden direkt berühren, das Wasser im Kolben kommt jedoch nur mit kochendem Wasser in Kontakt.

Wir haben also beobachtet, dass es unmöglich ist, Wasser mit reinem kochendem Wasser zum Kochen zu bringen.

Nachdem wir Experiment 2 beendet hatten, gossen wir eine Handvoll Salz in das kochende Wasser in einem Topf. Das Wasser hörte für eine Weile auf zu kochen, begann aber bei einer Temperatur über 100 °C wieder zu kochen. Bald begann das Wasser im Glaskolben zu kochen.

Schlussfolgerung: Dies geschah, weil dem Wasser im Kolben ausreichend Wärme zugeführt wurde, um zu kochen.

Anhand des oben Gesagten können wir den Unterschied zwischen Verdampfen und Sieden eindeutig bestimmen:

Verdunstung ist ein ruhiger, oberflächlicher Prozess, der bei jeder Temperatur auftritt.

Das Sieden ist ein heftiger, volumetrischer Prozess, der mit der Bildung von Blasen einhergeht.

3. Siedepunkt

Die Temperatur, bei der eine Flüssigkeit siedet, wird Siedepunkt genannt.

Damit die Verdunstung im gesamten Flüssigkeitsvolumen und nicht nur an der Oberfläche erfolgt, also die Flüssigkeit siedet, ist es notwendig, dass ihre Moleküle die entsprechende Energie und dafür die entsprechende Geschwindigkeit haben , was bedeutet, dass die Flüssigkeit auf eine bestimmte Temperatur erhitzt werden muss.

Es ist zu beachten, dass verschiedene Stoffe unterschiedliche Siedepunkte haben. Die Siedepunkte von Stoffen wurden experimentell ermittelt und in der Tabelle aufgeführt.

Name des Stoffes Siedepunkt °C

Wasserstoff -253

Sauerstoff -183

Milch 100

Blei 1740

Eisen 2750

Tabelle Nr. 2

Einige Stoffe, die unter normalen Bedingungen gasförmig sind, verwandeln sich bei ausreichender Abkühlung in Flüssigkeiten, die bei sehr niedrigen Temperaturen sieden. Flüssiger Sauerstoff zum Beispiel mit Luftdruck siedet bei einer Temperatur von -183 ºС. Stoffe, die wir unter normalen Bedingungen in festem Zustand beobachten, verwandeln sich beim Schmelzen in Flüssigkeiten und sieden bei sehr hohen Temperaturen. hohe Temperatur.

Im Gegensatz zur Verdampfung, die bei jeder Temperatur stattfindet, erfolgt das Sieden bei einer bestimmten und konstanten Temperatur für jede Flüssigkeit. Daher müssen Sie beispielsweise beim Kochen von Speisen die Hitze reduzieren, nachdem das Wasser kocht. Dies spart Kraftstoff und die Wassertemperatur bleibt während des gesamten Kochvorgangs konstant.

Wir haben ein Experiment durchgeführt, um den Siedepunkt von Wasser, Milch und Alkohol zu testen.

Während des Experiments erhitzten wir abwechselnd Wasser, Milch und Alkohol in einem Glaskolben an einer Alkohollampe zum Kochen. Gleichzeitig haben wir die Temperatur der Flüssigkeit beim Kochen gemessen.

Fazit: Wasser und Milch kochen bei einer Temperatur von 100 °C und Alkohol – bei 78 °C.

Diagramm der Siedezeit von kochendem Wasser und Milch bei 100 °C

78 °C Siedezeit Alkohol-Siedediagramm

Das Sieden ist untrennbar mit der Wärmeleitfähigkeit verbunden, wodurch Wärme von der Heizfläche auf die Flüssigkeit übertragen wird. In einer siedenden Flüssigkeit stellt sich eine bestimmte Temperaturverteilung ein. Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist sehr gering, was wir durch folgende Erfahrung bestätigt haben:

Wir nahmen ein Reagenzglas, füllten es mit Wasser, tauchten ein Stück Eis hinein und drückten es mit einer Metallmutter nach unten, um zu verhindern, dass es aufschwimmte. Gleichzeitig hatte das Wasser Den freien Zugang zum Eis. Anschließend hielten wir das Reagenzglas über die Flamme der Alkohollampe, sodass die Flamme nur die Oberseite des Reagenzglases berührte. Nach 2 Minuten begann das Wasser oben zu kochen, am Boden des Reagenzglases blieb jedoch Eis zurück.

Das Geheimnis besteht darin, dass das Wasser am Boden des Reagenzglases überhaupt nicht kocht, sondern nur an der Oberseite kalt bleibt. Durch die Hitzeausdehnung wird das Wasser leichter und sinkt nicht auf den Boden, sondern bleibt oben im Reagenzglas. Strömungen warmes Wasser und die Vermischung der Schichten findet nur im oberen Teil des Reagenzglases statt und betrifft die unteren nicht mehr dichte Schichten. Wärme kann nur durch Leitung nach unten übertragen werden, die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist jedoch äußerst gering.

Basierend auf dem, was in den vorherigen Absätzen der Arbeit dargelegt wurde, heben wir die Besonderheiten des Siedeprozesses hervor.

Kochfunktionen

1) Beim Sieden wird Energie verbraucht und nicht freigesetzt.

2) Die Temperatur bleibt während des gesamten Kochvorgangs konstant.

3) Jeder Stoff hat seinen eigenen Siedepunkt.

4. Wovon hängt der Siedepunkt ab?

Bei normalem Atmosphärendruck ist der Siedepunkt konstant, aber wenn sich der Druck auf die Flüssigkeit ändert, ändert er sich. Je höher der auf die Flüssigkeit ausgeübte Druck ist, desto höher ist der Siedepunkt und umgekehrt.

Wir haben mehrere Experimente durchgeführt, um die Richtigkeit dieser Aussage zu überprüfen.

Wir nahmen eine Flasche Wasser und stellten sie zum Aufwärmen auf die Alkohollampe. Wir haben im Voraus einen Korken vorbereitet, in den ein Gummiball eingesetzt war. Als das Wasser im Kolben kochte, verschlossen wir den Kolben mit einem Stopfen mit einer Glühbirne. Dann drückten wir auf den Kolben und das Sieden zum Kolben hin hörte auf. Als wir auf den Kolben drückten, erhöhten wir den Druck im Kolben und der Siedezustand wurde verletzt.

Fazit: Mit steigendem Druck steigt der Siedepunkt.

Wir nahmen einen Wok, füllten ihn mit Wasser und brachten das Wasser zum Kochen. Dann verschlossen sie die Flasche mit einem festen Stopfen, drehten sie um und sicherten sie in der Halterung. Wir warteten, bis das Wasser im Kolben aufhörte zu kochen und gossen kochendes Wasser über den Kolben. Am Kolben gab es keine Veränderungen. Als nächstes legten wir Schnee auf den Boden des Kolbens und das Wasser im Kolben kochte sofort.

Dies geschah, weil der Schnee die Wände der Flasche abkühlte, wodurch der Dampf im Inneren zu Wassertröpfchen kondensierte. Und da beim Kochen die Luft aus der Glasflasche verdrängt wurde, steht das darin befindliche Wasser nun einem deutlich geringeren Druck ausgesetzt. Es ist jedoch bekannt, dass eine Flüssigkeit bei sinkendem Druck bei einer niedrigeren Temperatur siedet. Obwohl sich in unserer Flasche kochendes Wasser befindet, ist das kochende Wasser daher nicht heiß.

Fazit: Mit abnehmendem Druck sinkt der Siedepunkt.

Wie Sie wissen, nimmt der Luftdruck mit zunehmender Höhe über dem Meeresspiegel ab. Folglich nimmt auch der Siedepunkt einer Flüssigkeit mit zunehmender Höhe ab und steigt dementsprechend mit abnehmender Höhe an.

So entdeckten amerikanische Wissenschaftler den Grund Pazifik See, 400 km westlich von Puuget Sound, eine superheiße Quelle mit einer Wassertemperatur von 400 °C. Dank hoher Druck Wie das Wasser einer Quelle in großen Tiefen kocht das darin enthaltene Wasser selbst bei dieser Temperatur nicht.

Und in Berggebieten, in einer Höhe von 3000 m, wo der Luftdruck 70 kPa beträgt, kocht Wasser bei 90 °C. Daher benötigen die Bewohner dieser Gebiete, die solches kochendes Wasser verwenden, viel mehr Zeit zum Kochen von Speisen als die Bewohner der Ebene . Allerdings ist es in der Regel unmöglich, ein Hühnerei in diesem kochenden Wasser zu kochen, da das Eiweiß bei Temperaturen unter 100 ºC nicht gerinnt.

In Jules Vernes Roman „Die Kinder des Kapitän Grant“ entdeckten Reisende an einem Pass in den Anden, dass ein in kochendes Wasser getauchtes Thermometer nur 87 °C anzeigte.

Diese Tatsache bestätigt, dass mit zunehmender Höhe über dem Meeresspiegel der Siedepunkt sinkt, da der Atmosphärendruck abnimmt.

5. Siedewert

Das Kochen ist enorm praktische Bedeutung sowohl im Alltag als auch in Produktionsprozessen.

Jeder weiß, dass wir ohne Kochen die meisten Gerichte unserer Ernährung nicht zubereiten könnten. Oben haben wir in der Arbeit die Abhängigkeit des Siedepunkts vom Druck untersucht. Dank der auf diesem Gebiet gewonnenen Erkenntnisse können Hausfrauen nun Schnellkochtöpfe verwenden. In einem Schnellkochtopf werden Lebensmittel unter einem Druck von etwa 200 kPa gegart. Der Siedepunkt von Wasser erreicht 120 °C. Bei dieser Temperatur läuft der „Siedevorgang“ viel schneller ab als bei normal kochendem Wasser. Dies erklärt den Namen „Schnellkochtopf“.

Auch ein Absinken des Siedepunktes einer Flüssigkeit kann dazu führen nützlicher Wert. Beispielsweise siedet flüssiges Freon bei normalem Atmosphärendruck bei einer Temperatur von etwa 30 °C. Durch Verringern des Drucks kann der Siedepunkt von Freon unter 0 °C gesenkt werden. Dies wird im Kühlschrankverdampfer verwendet. Durch den Betrieb des Kompressors entsteht darin ein Unterdruck, und das Freon beginnt sich in Dampf umzuwandeln, wodurch den Wänden der Kammer Wärme entzogen wird. Dadurch sinkt die Temperatur im Kühlschrank.

Der Siedeprozess ist die Grundlage für den Betrieb medizinisch notwendiger Geräte wie eines Autoklaven (Gerät zum Sterilisieren von Instrumenten) und eines Destilliergeräts (Gerät zur Herstellung von destilliertem Wasser).

Der Unterschied in den Siedepunkten verschiedener Stoffe wird in der Technik häufig genutzt, beispielsweise bei der Öldestillation. Beim Erhitzen von Öl auf 360 °C verbleibt der Teil davon (Heizöl), der einen höheren Siedepunkt hat, und die Teile, deren Siedepunkt unter 360 °C liegt, verdampfen. Aus dem entstehenden Dampf werden Benzin und einige andere Kraftstoffe gewonnen.

Wir haben nur einige Beispiele für die Vorteile des Kochens aufgeführt, aus denen wir bereits Rückschlüsse auf die Notwendigkeit und Bedeutung dieses Prozesses in unserem Leben ziehen können.

6. Fazit

Im Zuge der Untersuchung des Themas Sieden in der oben genannten Arbeit haben wir die zu Beginn der Arbeit gesetzten Ziele erreicht: Wir haben Fragen zum Konzept des Siedens untersucht, die Stadien des Siedens identifiziert und die Gründe für die Prozesse erläutert Vorkommen, identifizierte die Anzeichen, Bedingungen und Merkmale des Siedens.

Abhängigkeit der Siedetemperatur vom Druck

Der Siedepunkt von Wasser liegt bei 100 °C; Man könnte meinen, dass dies eine inhärente Eigenschaft von Wasser ist, dass Wasser, egal wo und unter welchen Bedingungen es sich befindet, immer bei 100 °C siedet.

Dies ist jedoch nicht der Fall, und die Bewohner der Hochgebirgsdörfer sind sich dessen bewusst.

Nahe der Spitze des Elbrus gibt es ein Touristenhaus und eine wissenschaftliche Station. Anfänger sind manchmal überrascht, „wie schwierig es ist, ein Ei in kochendem Wasser zu kochen“ oder „warum kochendes Wasser nicht brennt“. In diesen Fällen wird ihnen erzählt, dass das Wasser an der Spitze des Elbrus bereits bei 82 °C kocht.

Was ist los? Welcher physikalische Faktor stört das Siedephänomen? Welche Bedeutung hat die Höhe über dem Meeresspiegel?

Dieser physikalische Faktor ist der Druck, der auf die Flüssigkeitsoberfläche wirkt. Sie müssen nicht auf den Gipfel eines Berges klettern, um die Wahrheit dessen zu überprüfen, was gesagt wurde.

Indem Sie erhitztes Wasser unter eine Glocke stellen und von dort Luft ab- oder abpumpen, können Sie dafür sorgen, dass der Siedepunkt bei steigendem Druck steigt und bei sinkendem Druck sinkt.

Wasser siedet bei 100 °C nur bei einem bestimmten Druck – 760 mm Hg.

Die Siedepunkt-Druck-Kurve ist in Abb. dargestellt. 98. An der Spitze des Elbrus beträgt der Druck 0,5 atm, und dieser Druck entspricht einem Siedepunkt von 82 °C.

Aber mit Wasser, das bei 10–15 mm Hg kocht, können Sie sich erfrischen heißes Wetter. Bei diesem Druck sinkt der Siedepunkt auf 10–15 °C.

Sie können sogar „kochendes Wasser“ erhalten, das die Temperatur von eiskaltem Wasser hat. Dazu müssen Sie den Druck auf 4,6 mm Hg reduzieren.

Ein interessantes Bild ergibt sich, wenn man ein offenes Gefäß mit Wasser unter die Glocke stellt und die Luft abpumpt. Durch das Pumpen kocht das Wasser, aber zum Kochen ist Wärme erforderlich. Es gibt keinen Entnahmeort und das Wasser muss seine Energie abgeben. Die Temperatur des kochenden Wassers beginnt zu sinken, aber mit fortschreitendem Pumpen sinkt auch der Druck. Daher hört das Kochen nicht auf, das Wasser kühlt weiter ab und gefriert schließlich.

So ein Furunkel kaltes Wasser tritt nicht nur beim Pumpen von Luft auf. Wenn sich beispielsweise der Propeller eines Schiffes dreht, sinkt der Druck in einer sich schnell bewegenden Wasserschicht in der Nähe einer Metalloberfläche stark und das Wasser in dieser Schicht kocht, d. h. Darin entstehen zahlreiche dampfgefüllte Blasen. Dieses Phänomen nennt man Kavitation (vom lateinischen Wort cavitas – Hohlraum).

Durch die Reduzierung des Drucks senken wir den Siedepunkt. Und indem man es erhöht? Eine Grafik wie unsere beantwortet diese Frage. Ein Druck von 15 atm kann das Sieden von Wasser verzögern, es beginnt erst bei 200 °C und ein Druck von 80 atm lässt Wasser erst bei 300 °C sieden.

Ein bestimmter Außendruck entspricht also einem bestimmten Siedepunkt. Aber diese Aussage lässt sich „umkehren“, indem man sagt: Jeder Siedepunkt von Wasser entspricht seinem eigenen spezifischen Druck. Dieser Druck wird Dampfdruck genannt.

Die Kurve, die den Siedepunkt als Funktion des Drucks darstellt, ist auch eine Kurve des Dampfdrucks als Funktion der Temperatur.

Die in einem Siedepunktdiagramm (oder einem Dampfdruckdiagramm) aufgetragenen Zahlen zeigen, dass sich der Dampfdruck sehr stark mit der Temperatur ändert. Bei 0 °C (also 273 K) beträgt der Dampfdruck 4,6 mm Hg, bei 100 °C (373 K) beträgt er 760 mm, also erhöht er sich um das 165-fache. Wenn sich die Temperatur verdoppelt (von 0 °C, also 273 K, auf 273 °C, also 546 K), steigt der Dampfdruck von 4,6 mm Hg auf fast 60 atm, also etwa 10.000 Mal.

Daher ändert sich der Siedepunkt im Gegenteil eher langsam mit dem Druck. Bei einer Druckänderung um die Hälfte – von 0,5 atm auf 1 atm – steigt der Siedepunkt von 82 °C (d. h. 355 K) auf 100 °C (d. h. 373 K) und bei einer Verdoppelung von 1 atm auf 2 atm – von 100 °C (d. h. 373 K) bis 120 °C (d. h. 393 K).

Die gleiche Kurve, die wir jetzt betrachten, steuert auch die Kondensation (Kondensation) von Dampf zu Wasser.

Dampf kann entweder durch Kompression oder Kühlung in Wasser umgewandelt werden.

Sowohl beim Sieden als auch bei der Kondensation wird sich der Punkt erst dann von der Kurve entfernen, wenn die Umwandlung von Dampf in Wasser bzw. Wasser in Dampf abgeschlossen ist. Das lässt sich auch so formulieren: Unter den Bedingungen unserer Kurve und nur unter diesen Bedingungen ist die Koexistenz von Flüssigkeit und Dampf möglich. Wenn Sie keine Wärme zuführen oder abführen, bleiben die Dampf- und Flüssigkeitsmengen in einem geschlossenen Gefäß unverändert. Man sagt, dass sich Dampf und Flüssigkeit im Gleichgewicht befinden, und Dampf, der mit seiner Flüssigkeit im Gleichgewicht ist, wird als gesättigt bezeichnet.

Die Siede- und Kondensationskurve hat, wie wir sehen, eine andere Bedeutung – sie ist die Gleichgewichtskurve von Flüssigkeit und Dampf. Die Gleichgewichtskurve teilt das Diagrammfeld in zwei Teile. Links und oben (bis hohe Temperaturen und niedrigere Drücke) gibt es einen Bereich mit stabilem Dampfzustand. Rechts und unten befindet sich der Bereich des stabilen Zustands der Flüssigkeit.

Die Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve, d.h. Die Kurve des Siedepunkts über dem Druck oder, was dasselbe ist, Dampfdruck über der Temperatur, ist für alle Flüssigkeiten ungefähr gleich. In manchen Fällen kann die Änderung etwas abrupter sein, in anderen etwas langsamer, aber der Dampfdruck steigt mit steigender Temperatur immer schnell an.

Die Wörter „Gas“ und „Dampf“ haben wir schon oft verwendet. Diese beiden Wörter sind ziemlich gleich. Wir können sagen: Wassergas ist Wasserdampf, Sauerstoffgas ist Sauerstoffflüssigkeitsdampf. Dennoch hat sich bei der Verwendung dieser beiden Wörter eine gewisse Gewohnheit entwickelt. Da wir an einen bestimmten, relativ kleinen Temperaturbereich gewöhnt sind, verwenden wir den Begriff „Gas“ normalerweise für Stoffe, deren Dampfelastizität bei normalen Temperaturen höher ist als der Atmosphärendruck. Im Gegenteil spricht man von Dampf, wenn der Stoff bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck in flüssiger Form stabiler ist.

Aus dem Buch scherzen Physiker weiter Autor Konobeev Yuri

Auf dem Weg zur Quantentheorie Absoluter Nullpunkt Temperatur D. Buck, G. Bethe, W. Riezler (Cambridge) „Auf dem Weg zur Quantentheorie der absoluten Nulltemperatur“ und Notizen, deren Übersetzungen unten aufgeführt sind: Zur Quantentheorie der absoluten Nulltemperatur Bewegung des Unterkiefers in a groß

Aus dem Buch Physiker machen Witze Autor Konobeev Yuri

Zur Quantentheorie der absoluten Nulltemperatur Nachfolgend finden Sie eine Übersetzung einer Notiz berühmter Physiker, die in Naturwissenschaften veröffentlicht wurde. Die Herausgeber des Magazins „nahmen den Köder großer Namen aus“ und schickten das daraus resultierende Material, ohne auf den Inhalt des Geschriebenen einzugehen, an

Aus dem Buch Medizinische Physik Autor Podkolzina Vera Alexandrowna

6. Mathematische Statistik und Korrelationsabhängigkeit Mathematische Statistik ist die Wissenschaft von mathematischen Methoden zur Systematisierung und Verwendung statistischer Daten zur Lösung wissenschaftlicher und praktischer Probleme. Die mathematische Statistik ist eng mit der Theorie des Autors verbunden

Aus dem Buch des Autors

Druckänderung mit der Höhe Mit der Höhenänderung nimmt der Druck ab. Dies wurde erstmals 1648 vom Franzosen Perrier im Auftrag von Pascal entdeckt. Der Berg Puig de Dome, in dessen Nähe Perrier lebte, war 975 m hoch. Messungen ergaben, dass beim Aufstieg Quecksilber in eine Torricelli-Röhre fällt

Aus dem Buch des Autors

Einfluss des Drucks auf den Schmelzpunkt Wenn Sie den Druck ändern, ändert sich auch die Schmelztemperatur. Wir sind auf das gleiche Muster gestoßen, als wir über das Kochen gesprochen haben. Je höher der Druck, desto höher der Siedepunkt. Dies gilt im Allgemeinen auch für das Schmelzen. Jedoch

Jeder weiß, dass der Siedepunkt von Wasser bei normalem Atmosphärendruck (ca. 760 mm Hg) 100 °C beträgt. Aber nicht jeder weiß, dass Wasser kochen kann unterschiedliche Temperaturen. Der Siedepunkt hängt von mehreren Faktoren ab. Wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, kann Wasser bei +70 °C, bei +130 °C und sogar bei 300 °C kochen! Schauen wir uns die Gründe genauer an.

Was bestimmt den Siedepunkt von Wasser?

Das Kochen von Wasser in einem Behälter erfolgt nach einem bestimmten Mechanismus. Beim Erhitzen der Flüssigkeit bilden sich Luftblasen an den Wänden des Behälters, in den sie gegossen wird. In jeder Blase befindet sich Dampf. Die Temperatur des Dampfes in den Blasen ist zunächst deutlich höher als die des erhitzten Wassers. Allerdings ist sein Druck in dieser Zeit höher als im Inneren der Blasen. Bis sich das Wasser erwärmt, wird der Dampf in den Blasen komprimiert. Dann unter dem Einfluss externer Druck die Blasen platzen. Der Prozess wird fortgesetzt, bis die Temperaturen der Flüssigkeit und des Dampfes in den Blasen gleich sind. Jetzt können die Dampfbälle an die Oberfläche steigen. Das Wasser beginnt zu kochen. Dann stoppt der Heizvorgang, da überschüssige Wärme durch Dampf an die Atmosphäre abgegeben wird. Dies ist ein thermodynamisches Gleichgewicht. Erinnern wir uns an die Physik: Der Wasserdruck setzt sich aus dem Gewicht der Flüssigkeit selbst und dem Luftdruck über dem Gefäß mit Wasser zusammen. Durch Ändern eines von zwei Parametern (Flüssigkeitsdruck im Gefäß und Atmosphärendruck) können Sie also den Siedepunkt ändern.

Wie hoch ist der Siedepunkt des Wassers in den Bergen?

In den Bergen sinkt der Siedepunkt einer Flüssigkeit allmählich. Dies liegt daran, dass der Luftdruck beim Besteigen eines Berges allmählich abnimmt. Damit Wasser kocht, entsteht der Druck in den Blasen, die während des Prozesses entstehen Wassererwärmung, sollte atmosphärisch sein. Deshalb sinkt der Siedepunkt des Wassers im Gebirge mit jeder 300 m Höhenzunahme um etwa ein Grad. Diese Art von kochendem Wasser ist in flachem Gelände nicht so heiß wie kochende Flüssigkeiten. In großen Höhen ist es schwierig und manchmal unmöglich, Tee zuzubereiten. Die Abhängigkeit von kochendem Wasser vom Druck sieht folgendermaßen aus:

Höhe über dem Meeresspiegel
Siedepunkt

Wie wäre es unter anderen Bedingungen?

Wie hoch ist der Siedepunkt von Wasser? Vakuum? Vakuum ist eine verdünnte Umgebung, in der der Druck deutlich niedriger als der Atmosphärendruck ist. Der Siedepunkt von Wasser in einer verdünnten Umgebung hängt auch vom Restdruck ab. Bei einem Vakuumdruck von 0,001 atm. Die Flüssigkeit kocht bei 6,7 °C. Typischerweise beträgt der Restdruck etwa 0,004 atm, sodass Wasser bei diesem Druck bei 30 °C siedet. Mit steigendem Druck in einer verdünnten Umgebung steigt der Siedepunkt der Flüssigkeit.

Warum in einem verschlossenen Behälter? Wasser kocht mit mehr hohe Temperatur?

In einem hermetisch verschlossenen Behälter hängt der Siedepunkt der Flüssigkeit vom Druck im Behälter ab. Beim Erhitzen wird Dampf freigesetzt, der sich als Kondenswasser am Deckel und an den Wänden des Gefäßes niederschlägt. Dadurch steigt der Druck im Gefäßinneren. In einem Schnellkochtopf beispielsweise erreicht der Druck 1,04 atm, sodass die Flüssigkeit darin bei 120 °C siedet. Typischerweise lässt sich in solchen Behältern der Druck und damit auch die Temperatur über eingebaute Ventile regulieren.

1.1 Kochen - physikalisches Phänomen

Sieden - intensiver Übergang von Flüssigkeit in Dampf aufgrund der Bildung und des Wachstums von Dampfblasen im gesamten Flüssigkeitsvolumen bei einer bestimmten Temperatur. Sieden kann nur bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck erfolgen.

Eine Flüssigkeit enthält immer ein gelöstes Gas, dessen Auflösungsgrad mit steigender Temperatur abnimmt. Wenn eine Flüssigkeit von unten erhitzt wird, beginnt Gas in Form von Blasen an den Gefäßwänden freizusetzen. Dies sind Verdampfungszentren. In diesen Blasen verdunstet Flüssigkeit. Daher enthalten sie neben Luft auch gesättigten Dampf, dessen Druck mit steigender Temperatur schnell ansteigt und das Volumen der Blasen zunimmt, wodurch die auf sie wirkenden Archimedes-Kräfte zunehmen. Wenn die Auftriebskraft größer wird als die Schwerkraft der Blase, beginnt sie zu schweben. Solange die Flüssigkeit jedoch beim Aufsteigen nicht gleichmäßig erhitzt wird, nimmt das Volumen der Blase ab, wenn sie in weniger erhitzte Schichten (Druck) eintritt gesättigter Dampf nimmt mit abnehmender Temperatur ab), der darin enthaltene Dampf kondensiert, die bei der Kondensation freigesetzte Wärme beschleunigt die Erwärmung der Flüssigkeit im gesamten Volumen. Und bevor die Blasen die freie Oberfläche erreichen, verschwinden sie (kollabieren), weshalb wir vor dem Sieden ein charakteristisches Geräusch hören. Wenn sich die Temperatur der Flüssigkeit angleicht, nimmt das Volumen der Blase mit steigender Temperatur zu, da sich der Sättigungsdampfdruck nicht ändert und der äußere Druck auf die Blase, der die Summe aus dem Druck der Flüssigkeit über der Blase und ist Atmosphärendruck, nimmt ab. Die Blase erreicht die freie Oberfläche der Flüssigkeit, platzt und Sattdampf entweicht – die Flüssigkeit kocht. Der Druck innerhalb einer Blase mit Dampf ist die Summe aus gesättigtem Dampfdruck, hydrostatischem Druck und Laplace-Druck (Kapillare). Wenn Letzteres vernachlässigt werden kann, ist die Voraussetzung für das Sieden die Gleichheit des Sättigungsdampfdrucks und des Atmosphärendrucks.

Damit eine Flüssigkeit siedet, müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

1. Verfügbarkeit von Dampferzeugungszentren
2. Konstante Wärmeversorgung. (Q=Lm)
3. Gleichheit der Summe aus atmosphärischem und hydrostatischem Druck mit dem Gesamtdruck des gesättigten Dampfes.

1.2 Faktoren, die den Siedepunkt einer Flüssigkeit beeinflussen

• Sieden einer Substanz und atmosphärischer Druck

Der Siedepunkt von Wasser liegt bei 100°C; Man könnte meinen, dass dies eine inhärente Eigenschaft von Wasser ist, dass Wasser, egal wo und unter welchen Bedingungen es sich befindet, immer bei 100°C siedet.

Dies ist jedoch nicht der Fall, und die Bewohner der Hochgebirgsdörfer sind sich dessen bewusst.

Nahe der Spitze des Elbrus gibt es ein Touristenhaus und eine wissenschaftliche Station. Anfänger sind manchmal überrascht, „wie schwierig es ist, ein Ei in kochendem Wasser zu kochen“ oder „warum kochendes Wasser nicht brennt“. Unter diesen Bedingungen wird ihnen erzählt, dass das Wasser auf dem Gipfel des Elbrus bereits bei 82°C kocht.

Physikalischer Faktor, Einfluss auf den Siedepunkt hat der auf die Flüssigkeitsoberfläche wirkende Druck.

Indem Sie erhitztes Wasser unter eine Glocke stellen und von dort Luft ab- oder abpumpen, können Sie dafür sorgen, dass der Siedepunkt bei steigendem Druck steigt und bei sinkendem Druck sinkt.

Ein bestimmter Außendruck entspricht also einem bestimmten Siedepunkt. Aber diese Aussage lässt sich „umkehren“, indem man sagt: Jeder Siedepunkt von Wasser entspricht seinem eigenen spezifischen Druck.

Mit steigendem Atmosphärendruck erhöht sich der Siedepunkt, durchschnittlich um 1 °C bei einer Druckänderung von 26 mm. rt. Kunst.

• Kochen einer Substanz mit Verunreinigungen

Als eines der Hauptmerkmale chemisch reiner Stoffe wird in der Regel der Siedepunkt bei normalem Atmosphärendruck angegeben. Was wäre, wenn wir der Flüssigkeit Zucker oder Salz hinzufügen würden?

Eine Flüssigkeit siedet bei der Temperatur, bei der der gesamte Sättigungsdampfdruck dem Außendruck entspricht. Löst man einen nichtflüchtigen Stoff, d.h. Der Druck seines gesättigten Dampfes über der Lösung kann vernachlässigt werden, dann ist der Druck in den Blasen die Summe des Sättigungsdampfdrucks jeder Komponente der Flüssigkeitsmischung. P 1 + P 2 = P atm Der Anteil jedes Partialdrucks hängt von der Temperatur und der Menge des Stoffes ab. Bei der Auflösung eines nichtflüchtigen Stoffes befinden sich an der Oberfläche weniger Lösungsmittelmoleküle (reine Flüssigkeit), die verdampfen können – ein Teil des Raums wird von Verunreinigungsmolekülen (gelöster Stoff) eingenommen. Dann ist der Sättigungsdampfdruck über der Lösung bei jeder Temperatur geringer als über dem reinen Lösungsmittel, und bei einer höheren Temperatur wird die Gleichheit seines Außendrucks erreicht. Somit ist der Siedepunkt einer Lösung eines nichtflüchtigen Stoffes immer höher als der Siedepunkt einer reinen Flüssigkeit bei gleichem Druck. Nichtflüchtige Verunreinigungen erhöhen den Siedepunkt.

Somit hängt der Siedepunkt vom Vorhandensein von Verunreinigungen ab und steigt normalerweise mit zunehmender Konzentration der Verunreinigungen an.

• Kochen verschiedener Substanzen

Jede Flüssigkeit hat ihren eigenen Siedepunkt. Es hängt von den Anziehungskräften zwischen Molekülen ab (bei Gasen sind sie geringer als bei Flüssigkeiten und). Feststoffe und Flüssigkeiten haben weniger als Feststoffe). Je schneller sich Dampf über einem Stoff sättigt (Dampfdruck des Stoffes = Umgebungsdruck), desto schneller siedet dieser. Also zum Beispiel: t siedet Ethylalkohol = 78,3 o C; t Eisenkip = 3200 o C; t Stickstoffsiede = -195,3 o C.