Βρασμός υγρών. Εξάρτηση της θερμοκρασίας βρασμού από την πίεση

Βρασμός- αυτή είναι μια εντατική μετάβαση του υγρού σε ατμό, η οποία συμβαίνει με το σχηματισμό φυσαλίδων ατμού σε ολόκληρο τον όγκο του υγρού σε μια ορισμένη θερμοκρασία.

Κατά τη διάρκεια του βρασμού, η θερμοκρασία του υγρού και του ατμού πάνω από αυτό δεν αλλάζει. Παραμένει αμετάβλητο μέχρι να βράσει όλο το υγρό. Αυτό συμβαίνει επειδή όλη η ενέργεια που παρέχεται στο υγρό χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του σε ατμό.

Η θερμοκρασία στην οποία βράζει ένα υγρό ονομάζεται σημείο βρασμού.

Το σημείο βρασμού εξαρτάται από την πίεση που ασκείται στην ελεύθερη επιφάνεια του υγρού. Αυτό εξηγείται από την εξάρτηση της πίεσης κορεσμένων ατμών από τη θερμοκρασία. Η φυσαλίδα ατμού μεγαλώνει έως ότου η πίεση του κορεσμένου ατμού στο εσωτερικό της υπερβεί ελαφρώς την πίεση στο υγρό, η οποία είναι το άθροισμα των εξωτερική πίεσηκαι υδροστατική πίεση της υγρής στήλης.

Όσο μεγαλύτερη είναι η εξωτερική πίεση, τόσο περισσότερη θερμοκρασία βρασμού.

Όλοι γνωρίζουν ότι το νερό βράζει σε θερμοκρασία 100 ºC. Αλλά δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι αυτό ισχύει μόνο σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση (περίπου 101 kPa). Καθώς η πίεση αυξάνεται, το σημείο βρασμού του νερού αυξάνεται. Για παράδειγμα, στις χύτρες ταχύτητας, το φαγητό μαγειρεύεται υπό πίεση περίπου 200 kPa. Το σημείο βρασμού του νερού φτάνει τους 120°C. Σε νερό σε αυτή τη θερμοκρασία, η διαδικασία μαγειρέματος γίνεται πολύ πιο γρήγορα από ό,τι στο συνηθισμένο βραστό νερό. Αυτό εξηγεί το όνομα «χύτρα ταχύτητας».

Και αντίστροφα, μειώνοντας την εξωτερική πίεση, μειώνουμε έτσι το σημείο βρασμού. Για παράδειγμα, σε ορεινές περιοχές (σε υψόμετρο 3 km, όπου η πίεση είναι 70 kPa), το νερό βράζει σε θερμοκρασία 90 ° C. Ως εκ τούτου, οι κάτοικοι αυτών των περιοχών που χρησιμοποιούν τέτοιο βραστό νερό απαιτούν πολύ περισσότερο χρόνο για την προετοιμασία του φαγητού από τους κατοίκους των πεδιάδων. Αλλά είναι γενικά αδύνατο να βράσετε, για παράδειγμα, ένα αυγό κοτόπουλου σε αυτό το βραστό νερό, καθώς το ασπράδι δεν πήζει σε θερμοκρασίες κάτω των 100 °C.

Κάθε υγρό έχει το δικό του σημείο βρασμού, το οποίο εξαρτάται από την πίεση κορεσμένων ατμών. Όσο μεγαλύτερη είναι η πίεση των κορεσμένων ατμών, τόσο χαμηλότερο είναι το σημείο βρασμού του αντίστοιχου υγρού, αφού σε χαμηλότερες θερμοκρασίες η πίεση των κορεσμένων ατμών γίνεται ίση με την ατμοσφαιρική πίεση. Για παράδειγμα, σε σημείο βρασμού 100 °C, η πίεση κορεσμένους ατμούςτο νερό είναι 101.325 Pa (760 mm Hg) και ο ατμός είναι μόνο 117 Pa (0,88 mm Hg). Ο υδράργυρος βράζει στους 357°C σε κανονική πίεση.

Θερμότητα εξάτμισης.

Θερμότητα εξάτμισης (θερμότητα εξάτμισης)- την ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταδοθεί στην ουσία (σε σταθερή πίεση και σταθερή θερμοκρασία) Για πλήρης μεταμόρφωσηυγρή ουσία σε ατμό.

Η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την εξάτμιση (ή που απελευθερώνεται κατά τη συμπύκνωση). Για να υπολογίσετε την ποσότητα της θερμότητας Qπου απαιτείται για τη μετατροπή οποιασδήποτε μάζας υγρού που λαμβάνεται στο σημείο βρασμού σε ατμό, απαιτείται η ειδική θερμότητα εξάτμισης rμυαλού σε μάζα Μ:

Όταν ο ατμός συμπυκνώνεται, απελευθερώνεται η ίδια ποσότητα θερμότητας.

Ο βρασμός είναι η διαδικασία αλλαγής της κατάστασης συσσωμάτωσης μιας ουσίας. Όταν μιλάμε για νερό, εννοούμε την αλλαγή από υγρή σε κατάσταση ατμού. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο βρασμός δεν είναι εξάτμιση, η οποία μπορεί να συμβεί ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου. Δεν πρέπει επίσης να συγχέεται με το βράσιμο, που είναι η διαδικασία θέρμανσης του νερού σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Τώρα που καταλάβαμε τις έννοιες, μπορούμε να προσδιορίσουμε σε ποια θερμοκρασία βράζει το νερό.

Επεξεργάζομαι, διαδικασία

Η διαδικασία μετατροπής της κατάστασης συσσωμάτωσης από υγρή σε αέρια είναι πολύπλοκη. Και παρόλο που οι άνθρωποι δεν το βλέπουν, υπάρχουν 4 στάδια:

1. Στο πρώτο στάδιο, σχηματίζονται μικρές φυσαλίδες στο κάτω μέρος του θερμαινόμενου δοχείου. Μπορούν επίσης να φαίνονται στα πλάγια ή στην επιφάνεια του νερού. Σχηματίζονται λόγω της διαστολής των φυσαλίδων αέρα, που υπάρχουν πάντα στις ρωγμές του δοχείου όπου θερμαίνεται το νερό.
2. Στο δεύτερο στάδιο, ο όγκος των φυσαλίδων αυξάνεται. Όλοι αρχίζουν να βγαίνουν ορμητικά στην επιφάνεια, αφού μέσα τους υπάρχει κορεσμένος ατμός, ο οποίος είναι ελαφρύτερος από το νερό. Καθώς η θερμοκρασία θέρμανσης αυξάνεται, η πίεση των φυσαλίδων αυξάνεται, και ωθούνται στην επιφάνεια χάρη στη γνωστή δύναμη του Αρχιμήδη. Σε αυτή την περίπτωση, μπορείτε να ακούσετε τον χαρακτηριστικό ήχο του βρασμού, που σχηματίζεται λόγω της συνεχούς διαστολής και μείωσης του μεγέθους των φυσαλίδων.
3. Στο τρίτο στάδιο μπορείτε να δείτε στην επιφάνεια ένας μεγάλος αριθμός απόφυσαλίδες. Αυτό αρχικά δημιουργεί θολότητα στο νερό. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ευρέως "λευκό βρασμό" και διαρκεί ένα μικρό χρονικό διάστημα.
4. Στο τέταρτο στάδιο, το νερό βράζει έντονα, εμφανίζονται μεγάλες φυσαλίδες που σκάνε στην επιφάνεια και μπορεί να εμφανιστούν πιτσιλιές. Τις περισσότερες φορές, το πιτσίλισμα σημαίνει ότι το υγρό έχει φτάσει στη μέγιστη θερμοκρασία του. Από το νερό θα αρχίσει να βγαίνει ατμός.

Είναι γνωστό ότι το νερό βράζει σε θερμοκρασία 100 βαθμών, κάτι που είναι δυνατό μόνο στο τέταρτο στάδιο.

Θερμοκρασία ατμού

Ο ατμός είναι μια από τις καταστάσεις του νερού. Όταν εισέρχεται στον αέρα, ασκεί, όπως και άλλα αέρια, μια συγκεκριμένη πίεση πάνω του. Κατά την εξάτμιση, η θερμοκρασία του ατμού και του νερού παραμένει σταθερή έως ότου ολόκληρο το υγρό αλλάξει την κατάσταση συσσώρευσής του. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι κατά τη διάρκεια του βρασμού, όλη η ενέργεια δαπανάται για τη μετατροπή του νερού σε ατμό.

Στην αρχή του βρασμού, σχηματίζεται υγρός, κορεσμένος ατμός, ο οποίος ξηραίνεται αφού εξατμιστεί όλο το υγρό. Εάν η θερμοκρασία του αρχίσει να υπερβαίνει τη θερμοκρασία του νερού, τότε αυτός ο ατμός υπερθερμαίνεται και τα χαρακτηριστικά του θα είναι πιο κοντά στο αέριο.

Αλατόνερο που βράζει

Είναι πολύ ενδιαφέρον να γνωρίζουμε σε ποια θερμοκρασία βράζει το νερό με υψηλή περιεκτικότητα σε αλάτι. Είναι γνωστό ότι θα πρέπει να είναι υψηλότερο λόγω της περιεκτικότητας σε ιόντα Na+ και Cl- στη σύνθεση, τα οποία καταλαμβάνουν την περιοχή μεταξύ των μορίων του νερού. Έτσι διαφέρει η χημική σύνθεση του νερού με αλάτι από το συνηθισμένο φρέσκο ​​υγρό.

Το γεγονός είναι ότι στο αλμυρό νερό λαμβάνει χώρα μια αντίδραση ενυδάτωσης - η διαδικασία προσθήκης μορίων νερού σε ιόντα αλατιού. Οι δεσμοί μεταξύ των μορίων του γλυκού νερού είναι πιο αδύναμοι από αυτούς που σχηματίζονται κατά την ενυδάτωση, επομένως θα χρειαστεί περισσότερος χρόνος για να βράσει ένα υγρό με διαλυμένο αλάτι. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, τα μόρια στο αλμυρό νερό κινούνται πιο γρήγορα, αλλά είναι λιγότερα, με αποτέλεσμα να συγκρούονται λιγότερο συχνά. Ως αποτέλεσμα, παράγεται λιγότερος ατμός, και επομένως η πίεσή του είναι χαμηλότερη από την πίεση ατμού του γλυκού νερού. Κατά συνέπεια, θα απαιτηθεί περισσότερη ενέργεια (θερμοκρασία) για την πλήρη εξάτμιση. Κατά μέσο όρο, για να βράσει ένα λίτρο νερού που περιέχει 60 γραμμάρια αλάτι, είναι απαραίτητο να αυξηθεί ο βαθμός βρασμού του νερού κατά 10% (δηλαδή κατά 10 C).

Εξάρτηση του βρασμού από την πίεση

Είναι γνωστό ότι στα βουνά, ανεξάρτητα από χημική σύνθεσητο νερό θα έχει χαμηλότερο σημείο βρασμού. Αυτό συμβαίνει επειδή η ατμοσφαιρική πίεση είναι χαμηλότερη σε υψόμετρο. Η κανονική πίεση θεωρείται ότι είναι 101,325 kPa. Με αυτό, το σημείο βρασμού του νερού είναι 100 βαθμοί Κελσίου. Αν όμως ανεβείτε σε ένα βουνό, όπου η πίεση είναι κατά μέσο όρο 40 kPa, τότε το νερό εκεί θα βράσει στους 75,88 C. Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι θα χρειαστεί να αφιερώσετε σχεδόν τον μισό χρόνο μαγειρέματος στα βουνά. Η θερμική επεξεργασία των τροφίμων απαιτεί μια συγκεκριμένη θερμοκρασία.

Πιστεύεται ότι σε υψόμετρο 500 μέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, το νερό θα βράσει στους 98,3 C και σε υψόμετρο 3000 μέτρων το σημείο βρασμού θα είναι 90 C.

Σημειώστε ότι αυτός ο νόμος ισχύει και προς την αντίθετη κατεύθυνση. Εάν τοποθετήσετε ένα υγρό σε μια κλειστή φιάλη από την οποία δεν μπορεί να περάσει ο ατμός, τότε με την αύξηση της θερμοκρασίας και το σχηματισμό ατμού, η πίεση σε αυτή τη φιάλη θα αυξηθεί και ο βρασμός σε αυξημένη πίεση θα συμβεί σε μεγαλύτερη υψηλή θερμοκρασία. Για παράδειγμα, σε πίεση 490,3 kPa, το σημείο βρασμού του νερού θα είναι 151 C.

Αποσταγμένο νερό που βράζει

Το απεσταγμένο νερό είναι καθαρό νερό χωρίς ακαθαρσίες. Συχνά χρησιμοποιείται για ιατρικούς ή τεχνικούς σκοπούς. Λαμβάνοντας υπόψη ότι δεν υπάρχουν ακαθαρσίες σε τέτοιο νερό, δεν χρησιμοποιείται για μαγείρεμα. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι το απεσταγμένο νερό βράζει πιο γρήγορα από το συνηθισμένο γλυκό νερό, αλλά το σημείο βρασμού παραμένει το ίδιο - 100 μοίρες. Ωστόσο, η διαφορά στο χρόνο βρασμού θα είναι ελάχιστη - μόνο ένα κλάσμα του δευτερολέπτου.

Σε μια τσαγιέρα

Οι άνθρωποι συχνά αναρωτιούνται σε ποια θερμοκρασία βράζει το νερό σε ένα βραστήρα, αφού αυτές είναι οι συσκευές που χρησιμοποιούν για να βράζουν υγρά. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι η ατμοσφαιρική πίεση στο διαμέρισμα είναι ίση με την τυπική και το νερό που χρησιμοποιείται δεν περιέχει άλατα και άλλες ακαθαρσίες που δεν πρέπει να υπάρχουν, τότε το σημείο βρασμού θα είναι επίσης τυπικό - 100 μοίρες. Αν όμως το νερό περιέχει αλάτι, τότε το σημείο βρασμού, όπως ήδη γνωρίζουμε, θα είναι υψηλότερο.

συμπέρασμα

Τώρα ξέρετε σε ποια θερμοκρασία βράζει το νερό και πώς η ατμοσφαιρική πίεση και η σύνθεση του υγρού επηρεάζουν αυτή τη διαδικασία. Δεν υπάρχει τίποτα περίπλοκο σε αυτό και τα παιδιά λαμβάνουν τέτοιες πληροφορίες στο σχολείο. Το κύριο πράγμα είναι να θυμάστε ότι καθώς η πίεση μειώνεται, το σημείο βρασμού του υγρού μειώνεται επίσης και καθώς αυξάνεται, αυξάνεται επίσης.

Στο Διαδίκτυο μπορείτε να βρείτε πολλούς διαφορετικούς πίνακες που δείχνουν την εξάρτηση του σημείου βρασμού ενός υγρού από ατμοσφαιρική πίεση. Είναι διαθέσιμα σε όλους και χρησιμοποιούνται ενεργά από μαθητές, φοιτητές και ακόμη και καθηγητές σε ινστιτούτα.

Όταν βράζει, το υγρό αρχίζει να μετατρέπεται εντατικά σε ατμό και σχηματίζονται φυσαλίδες ατμού σε αυτό και ανεβαίνουν στην επιφάνεια. Όταν θερμαίνεται, ο ατμός εμφανίζεται πρώτα μόνο στην επιφάνεια του υγρού και στη συνέχεια αυτή η διαδικασία ξεκινά σε ολόκληρο τον όγκο. Στον πάτο και στα τοιχώματα του τηγανιού εμφανίζονται μικρές φυσαλίδες. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η πίεση στο εσωτερικό των φυσαλίδων αυξάνεται, αυξάνονται σε μέγεθος και ανεβαίνουν προς τα πάνω.

Όταν η θερμοκρασία φτάσει στο λεγόμενο σημείο βρασμού, αρχίζει ο γρήγορος σχηματισμός φυσαλίδων, υπάρχουν πολλές από αυτές και το υγρό αρχίζει να βράζει. Σχηματίζεται ατμός, η θερμοκρασία του οποίου παραμένει σταθερή μέχρι να υπάρχει όλο το νερό. Εάν η εξάτμιση συμβεί υπό κανονικές συνθήκες, σε τυπική πίεση 100 mPa, η θερμοκρασία του είναι 100°C. Εάν αυξήσετε τεχνητά την πίεση, μπορείτε να πάρετε υπέρθερμο ατμό. Οι επιστήμονες κατάφεραν να θερμάνουν τους υδρατμούς σε θερμοκρασία 1227 ° C· με περαιτέρω θέρμανση, η διάσπαση των ιόντων μετατρέπει τον ατμό σε πλάσμα.

Σε δεδομένη σύνθεση και σταθερή πίεση, το σημείο βρασμού οποιουδήποτε υγρού είναι σταθερό. Σε σχολικά βιβλία και εγχειρίδια μπορείτε να δείτε πίνακες που υποδεικνύουν το σημείο βρασμού διαφόρων υγρών, ακόμη και μετάλλων. Για παράδειγμα, το νερό βράζει σε θερμοκρασία 100°C, στους 78,3°C, ο αιθέρας στους 34,6°C, ο χρυσός στους 2600°C και το ασήμι στους 1950°C. Αυτά τα δεδομένα είναι για τυπική πίεση 100 mPa, υπολογίζονται στο επίπεδο της θάλασσας.

Πώς να αλλάξετε το σημείο βρασμού

Εάν η πίεση μειωθεί, το σημείο βρασμού μειώνεται, ακόμη και αν η σύνθεση παραμένει η ίδια. Αυτό σημαίνει ότι αν ανεβείτε σε ένα βουνό ύψους 4000 μέτρων με μια κατσαρόλα με νερό και το βάλετε σε φωτιά, το νερό θα βράσει στους 85°C και αυτό θα απαιτήσει πολύ λιγότερα καυσόξυλα από ό,τι κάτω.

Οι νοικοκυρές θα ενδιαφέρονται για μια σύγκριση με μια χύτρα ταχύτητας, στην οποία η πίεση αυξάνεται τεχνητά. Ταυτόχρονα, αυξάνεται και το σημείο βρασμού του νερού, λόγω του οποίου το φαγητό μαγειρεύεται πολύ πιο γρήγορα. Οι σύγχρονες χύτρες ταχύτητας σάς επιτρέπουν να αλλάζετε ομαλά τη θερμοκρασία βρασμού από 115 σε 130°C ή περισσότερο.

Ένα άλλο μυστικό για το σημείο βρασμού του νερού βρίσκεται στη σύνθεσή του. Το σκληρό νερό, που περιέχει διάφορα άλατα, χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να βράσει και απαιτεί περισσότερη ενέργεια για να θερμανθεί. Εάν προσθέσετε δύο κουταλιές της σούπας αλάτι σε ένα λίτρο νερό, το σημείο βρασμού του θα αυξηθεί κατά 10°C. Το ίδιο μπορούμε να πούμε για τη ζάχαρη· το σιρόπι ζάχαρης 10% βράζει σε θερμοκρασία 100,1°C.

Εξάρτηση της θερμοκρασίας βρασμού από την πίεση

Το σημείο βρασμού του νερού είναι 100 °C. Θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί ότι αυτή είναι μια εγγενής ιδιότητα του νερού, ότι το νερό, ανεξάρτητα από το πού και υπό ποιες συνθήκες βρίσκεται, θα βράζει πάντα στους 100 ° C.

Αλλά αυτό δεν είναι έτσι, και οι κάτοικοι των ψηλών ορεινών χωριών το γνωρίζουν καλά.

Κοντά στην κορυφή του Elbrus υπάρχει ένα σπίτι για τους τουρίστες και ένας επιστημονικός σταθμός. Οι αρχάριοι μερικές φορές εκπλήσσονται με το «πόσο δύσκολο είναι να βράσεις ένα αυγό σε βραστό νερό» ή «γιατί δεν καίει το βραστό νερό». Σε αυτές τις περιπτώσεις, τους λένε ότι το νερό βράζει στην κορυφή του Elbrus ήδη στους 82 °C.

Τι συμβαίνει? Ποιος φυσικός παράγοντας παρεμβαίνει στο φαινόμενο του βρασμού; Ποια είναι η σημασία του υψομέτρου πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας;

Αυτό φυσικός παράγονταςείναι η πίεση που ασκείται στην επιφάνεια του υγρού. Δεν χρειάζεται να ανεβείτε στην κορυφή ενός βουνού για να επαληθεύσετε την αλήθεια των όσων έχουν ειπωθεί.

Τοποθετώντας θερμαινόμενο νερό κάτω από ένα κουδούνι και αντλώντας ή αντλώντας αέρα από εκεί, μπορείτε να βεβαιωθείτε ότι το σημείο βρασμού αυξάνεται καθώς αυξάνεται η πίεση και πέφτει καθώς μειώνεται.

Το νερό βράζει στους 100 °C μόνο σε μια ορισμένη πίεση - 760 mm Hg.

Η καμπύλη σημείου βρασμού έναντι πίεσης φαίνεται στο Σχ. 98. Στην κορυφή του Elbrus η πίεση είναι 0,5 atm, και αυτή η πίεση αντιστοιχεί σε σημείο βρασμού 82 °C.

Αλλά με νερό που βράζει στα 10–15 mm Hg, μπορείτε να ανανεωθείτε ζεστός καιρός. Σε αυτή την πίεση το σημείο βρασμού θα πέσει στους 10–15 °C.

Μπορείτε να πάρετε ακόμη και «βραστό νερό», το οποίο έχει τη θερμοκρασία του παγωμένου νερού. Για να γίνει αυτό, θα πρέπει να μειώσετε την πίεση στα 4,6 mm Hg.

Μια ενδιαφέρουσα εικόνα μπορεί να παρατηρηθεί εάν τοποθετήσετε ένα ανοιχτό δοχείο με νερό κάτω από το κουδούνι και αντλήσετε τον αέρα. Η άντληση θα προκαλέσει βρασμό του νερού, αλλά ο βρασμός απαιτεί θερμότητα. Δεν υπάρχει από πού να το πάρεις και το νερό θα πρέπει να εγκαταλείψει την ενέργειά του. Η θερμοκρασία του νερού που βράζει θα αρχίσει να πέφτει, αλλά όσο συνεχίζεται η άντληση, θα πέφτει και η πίεση. Επομένως, ο βρασμός δεν θα σταματήσει, το νερό θα συνεχίσει να κρυώνει και τελικά να παγώσει.

Τέτοια βράση κρύο νερόσυμβαίνει όχι μόνο κατά την άντληση αέρα. Για παράδειγμα, όταν η έλικα ενός πλοίου περιστρέφεται, η πίεση σε ένα ταχέως κινούμενο στρώμα νερού κοντά σε μια μεταλλική επιφάνεια πέφτει πολύ και το νερό σε αυτό το στρώμα βράζει, δηλ. Σε αυτό εμφανίζονται πολυάριθμες φυσαλίδες γεμάτες ατμό. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται σπηλαίωση (από τη λατινική λέξη cavitas - κοιλότητα).

Μειώνοντας την πίεση χαμηλώνουμε το σημείο βρασμού. Και με την αύξηση του; Ένα γράφημα σαν το δικό μας απαντά σε αυτήν την ερώτηση. Μια πίεση 15 atm μπορεί να καθυστερήσει το βρασμό του νερού, θα ξεκινήσει μόνο στους 200 °C και μια πίεση 80 atm θα κάνει το νερό να βράσει μόνο στους 300 °C.

Άρα, μια ορισμένη εξωτερική πίεση αντιστοιχεί σε ένα ορισμένο σημείο βρασμού. Αλλά αυτή η δήλωση μπορεί να «ανατραπεί» λέγοντας το εξής: κάθε σημείο βρασμού νερού αντιστοιχεί στη δική του ειδική πίεση. Αυτή η πίεση ονομάζεται πίεση ατμών.

Η καμπύλη που απεικονίζει το σημείο βρασμού ως συνάρτηση της πίεσης είναι επίσης μια καμπύλη της πίεσης ατμών ως συνάρτηση της θερμοκρασίας.

Οι αριθμοί που απεικονίζονται σε ένα γράφημα σημείου βρασμού (ή σε ένα γράφημα πίεσης ατμών) δείχνουν ότι η τάση ατμών αλλάζει πολύ απότομα με τη θερμοκρασία. Στους 0 °C (δηλαδή 273 K) η τάση ατμών είναι 4,6 mm Hg, στους 100 °C (373 K) είναι 760 mm, δηλαδή αυξάνεται 165 φορές. Όταν η θερμοκρασία διπλασιαστεί (από 0 °C, δηλ. 273 Κ, σε 273 °C, δηλ. 546 Κ), η τάση ατμών αυξάνεται από 4,6 mm Hg σε σχεδόν 60 atm, δηλ. περίπου 10.000 φορές.

Επομένως, αντίθετα, το σημείο βρασμού αλλάζει με την πίεση μάλλον αργά. Όταν η πίεση μεταβάλλεται κατά το ήμισυ - από 0,5 atm σε 1 atm, το σημείο βρασμού αυξάνεται από 82 °C (δηλαδή 355 K) σε 100 °C (δηλ. 373 K) και όταν διπλασιάζεται από 1 atm σε 2 atm - από 100 °C (δηλαδή 373 Κ) έως 120 °C (δηλ. 393 Κ).

Η ίδια καμπύλη που εξετάζουμε τώρα ελέγχει επίσης τη συμπύκνωση (συμπύκνωση) του ατμού σε νερό.

Ο ατμός μπορεί να μετατραπεί σε νερό είτε με συμπίεση είτε με ψύξη.

Τόσο κατά τη διάρκεια του βρασμού όσο και κατά τη διάρκεια της συμπύκνωσης, το σημείο δεν θα μετακινηθεί από την καμπύλη μέχρι να ολοκληρωθεί η μετατροπή του ατμού σε νερό ή του νερού σε ατμό. Αυτό μπορεί να διατυπωθεί και ως εξής: υπό τις συνθήκες της καμπύλης μας και μόνο υπό αυτές τις συνθήκες, είναι δυνατή η συνύπαρξη υγρού και ατμού. Εάν δεν προσθέσετε ή αφαιρέσετε τη θερμότητα, τότε οι ποσότητες ατμού και υγρού σε ένα κλειστό δοχείο θα παραμείνουν αμετάβλητες. Αυτός ο ατμός και το υγρό λέγονται ότι βρίσκονται σε ισορροπία και ο ατμός που βρίσκεται σε ισορροπία με το υγρό του ονομάζεται κορεσμένος.

Η καμπύλη βρασμού και συμπύκνωσης, όπως βλέπουμε, έχει άλλη σημασία - είναι η καμπύλη ισορροπίας υγρού και ατμού. Η καμπύλη ισορροπίας χωρίζει το πεδίο του διαγράμματος σε δύο μέρη. Αριστερά και πάνω (έως υψηλές θερμοκρασίεςκαι χαμηλότερες πιέσεις) υπάρχει μια περιοχή σταθερής κατάστασης ατμού. Δεξιά και κάτω είναι η περιοχή σταθερής κατάστασης του υγρού.

Η καμπύλη ισορροπίας ατμού-υγρού, δηλ. η καμπύλη του σημείου βρασμού σε σχέση με την πίεση ή, το ίδιο, την πίεση ατμών έναντι της θερμοκρασίας, είναι περίπου η ίδια για όλα τα υγρά. Σε ορισμένες περιπτώσεις η αλλαγή μπορεί να είναι κάπως πιο απότομη, σε άλλες κάπως πιο αργή, αλλά η τάση ατμών αυξάνεται πάντα γρήγορα με την αύξηση της θερμοκρασίας.

Έχουμε ήδη χρησιμοποιήσει πολλές φορές τις λέξεις «αέριο» και «ατμός». Αυτές οι δύο λέξεις είναι αρκετά ίσες. Μπορούμε να πούμε: το αέριο νερού είναι υδρατμός, το αέριο οξυγόνο είναι υγρός ατμός οξυγόνου. Ωστόσο, έχει αναπτυχθεί μια συγκεκριμένη συνήθεια όταν χρησιμοποιούνται αυτές οι δύο λέξεις. Δεδομένου ότι είμαστε συνηθισμένοι σε ένα συγκεκριμένο σχετικά μικρό εύρος θερμοκρασιών, συνήθως χρησιμοποιούμε τη λέξη «αέριο» σε εκείνες τις ουσίες των οποίων η ελαστικότητα ατμών σε συνηθισμένες θερμοκρασίες είναι υψηλότερη από την ατμοσφαιρική πίεση. Αντίθετα, μιλάμε για ατμό όταν, σε θερμοκρασία δωματίου και ατμοσφαιρική πίεση, η ουσία είναι πιο σταθερή με τη μορφή υγρού.

Από το βιβλίο Οι φυσικοί συνεχίζουν να αστειεύονται συγγραφέας Konobeev Yuri

Προς την κβαντική θεωρία απόλυτο μηδενικόθερμοκρασία D. Buck, G. Bethe, W. Riezler (Cambridge) «Towards the quantum theory of absolute zero temperature» και σημειώσεις, μεταφράσεις των οποίων τοποθετούνται παρακάτω: Στην κβαντική θεωρία της θερμοκρασίας απόλυτου μηδέν Κίνηση της κάτω γνάθου σε μεγάλο

Από το βιβλίο Οι φυσικοί αστειεύονται συγγραφέας Konobeev Yuri

Σχετικά με την κβαντική θεωρία της θερμοκρασίας απόλυτο μηδέν Παρακάτω είναι μια μετάφραση ενός σημειώματος που γράφτηκε από διάσημους φυσικούς και δημοσιεύτηκε στο Natur-wissenschaften. Οι συντάκτες του περιοδικού «πήραν το δόλωμα μεγάλων ονομάτων» και, χωρίς να μπουν στην ουσία των όσων γράφτηκαν, έστειλαν το υλικό που προέκυψε στο

Από το βιβλίο Ιατρική Φυσική συγγραφέας Ποντκολζίνα Βέρα Αλεξάντροβνα

6. Μαθηματική στατιστική και εξάρτηση συσχέτισης Η μαθηματική στατιστική είναι η επιστήμη των μαθηματικών μεθόδων συστηματοποίησης και χρήσης στατιστικών δεδομένων για την επίλυση επιστημονικών και πρακτικών προβλημάτων. Η μαθηματική στατιστική σχετίζεται στενά με τη θεωρία του συγγραφέα

Από το βιβλίο του συγγραφέα

Αλλαγή της πίεσης με το υψόμετρο Καθώς αλλάζει το υψόμετρο, η πίεση μειώνεται. Αυτό ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον Γάλλο Perrier για λογαριασμό του Pascal το 1648. Το όρος Puig de Dome, κοντά στο οποίο ζούσε ο Perrier, είχε ύψος 975 μ. Οι μετρήσεις έδειξαν ότι ο υδράργυρος σε ένα σωλήνα Torricelli πέφτει όταν σκαρφαλώνει στο

Από το βιβλίο του συγγραφέα

Επίδραση της πίεσης στο σημείο τήξης Εάν αλλάξετε την πίεση, θα αλλάξει και η θερμοκρασία τήξης. Το ίδιο μοτίβο συναντήσαμε όταν μιλήσαμε για βράσιμο. Όσο μεγαλύτερη είναι η πίεση, τόσο υψηλότερο είναι το σημείο βρασμού. Αυτό ισχύει γενικά και για την τήξη. Ωστόσο

Από τις παραπάνω σκέψεις είναι σαφές ότι το σημείο βρασμού ενός υγρού πρέπει να εξαρτάται από την εξωτερική πίεση. Οι παρατηρήσεις το επιβεβαιώνουν.

Όσο μεγαλύτερη είναι η εξωτερική πίεση, τόσο υψηλότερο είναι το σημείο βρασμού. Έτσι, σε ένα λέβητα ατμού σε πίεση που φτάνει τα 1,6 × 10 6 Pa, το νερό δεν βράζει ακόμη και σε θερμοκρασία 200 °C. Στα ιατρικά ιδρύματα, ο βρασμός νερού σε ερμητικά σφραγισμένα δοχεία - αυτόκλειστα (Εικ. 6.11) συμβαίνει επίσης σε αυξημένη πίεση. Επομένως, το σημείο βρασμού είναι σημαντικά υψηλότερο από 100 °C. Τα αυτόκλειστα χρησιμοποιούνται για την αποστείρωση χειρουργικών εργαλείων, επιδέσμων κ.λπ.

Και αντίστροφα, μειώνοντας την εξωτερική πίεση, μειώνουμε έτσι το σημείο βρασμού. Κάτω από το κουδούνι μιας αντλίας αέρα, μπορείτε να κάνετε το νερό να βράσει σε θερμοκρασία δωματίου (Εικ. 6.12). Καθώς ανεβαίνετε βουνά, η ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται, επομένως μειώνεται το σημείο βρασμού. Σε υψόμετρο 7134 m (κορυφή Λένιν στο Παμίρ) η πίεση είναι περίπου 4 · 10 4 Pa ​​(300 mm Hg). Το νερό βράζει εκεί στους 70 °C περίπου. Είναι αδύνατο να μαγειρέψετε κρέας, για παράδειγμα, υπό αυτές τις συνθήκες.

Το Σχήμα 6.13 δείχνει μια καμπύλη του σημείου βρασμού του νερού ως προς την εξωτερική πίεση. Είναι εύκολο να γίνει κατανοητό ότι αυτή η καμπύλη είναι επίσης μια καμπύλη που εκφράζει την εξάρτηση της πίεσης κορεσμένων υδρατμών από τη θερμοκρασία.

Διαφορές στα σημεία βρασμού των υγρών

Κάθε υγρό έχει το δικό του σημείο βρασμού. Η διαφορά στα σημεία βρασμού των υγρών καθορίζεται από τη διαφορά της πίεσης των κορεσμένων ατμών τους στην ίδια θερμοκρασία. Για παράδειγμα, οι ατμοί του αιθέρα που βρίσκονται ήδη σε θερμοκρασία δωματίου έχουν πίεση μεγαλύτερη από το μισό της ατμοσφαιρικής. Επομένως, για να γίνει η πίεση ατμών του αιθέρα ίση με την ατμοσφαιρική πίεση, είναι απαραίτητη μια ελαφρά αύξηση της θερμοκρασίας (έως 35 ° C). Στον υδράργυρο, οι κορεσμένοι ατμοί έχουν πολύ αμελητέα πίεση σε θερμοκρασία δωματίου. Η πίεση των ατμών υδραργύρου γίνεται ίση με την ατμοσφαιρική πίεση μόνο με σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας (έως 357 ° C). Σε αυτή τη θερμοκρασία, εάν η εξωτερική πίεση είναι 105 Pa, ο υδράργυρος βράζει.

Η διαφορά στα σημεία βρασμού των ουσιών χρησιμοποιείται ευρέως στην τεχνολογία, για παράδειγμα, στον διαχωρισμό των προϊόντων πετρελαίου. Όταν το λάδι θερμαίνεται, τα πιο πολύτιμα, πτητικά μέρη του (βενζίνη) εξατμίζονται πρώτα, τα οποία μπορούν έτσι να διαχωριστούν από τα «βαριά» υπολείμματα (έλαια, μαζούτ).

Ένα υγρό βράζει όταν η πίεση κορεσμένων ατμών του ισούται με την πίεση μέσα στο υγρό.

§ 6.6. Θερμότητα εξάτμισης

Απαιτείται ενέργεια για τη μετατροπή του υγρού σε ατμό; Μάλλον ναι! Δεν είναι?

Σημειώσαμε (βλ. § 6.1) ότι η εξάτμιση ενός υγρού συνοδεύεται από την ψύξη του. Για να διατηρηθεί η θερμοκρασία του εξατμιζόμενου υγρού αμετάβλητη, είναι απαραίτητο να παρέχεται θερμότητα από το εξωτερικό. Φυσικά, η ίδια η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί στο υγρό από τα γύρω σώματα. Έτσι, το νερό στο ποτήρι εξατμίζεται, αλλά η θερμοκρασία του νερού, ελαφρώς χαμηλότερη από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, παραμένει αμετάβλητη. Η θερμότητα μεταφέρεται από τον αέρα στο νερό μέχρι να εξατμιστεί όλο το νερό.

Για να διατηρηθεί ο βρασμός του νερού (ή άλλου υγρού), πρέπει επίσης να του παρέχεται συνεχώς θερμότητα, για παράδειγμα, με θέρμανση με καυστήρα. Σε αυτή την περίπτωση, η θερμοκρασία του νερού και του δοχείου δεν αυξάνεται, αλλά παράγεται μια ορισμένη ποσότητα ατμού κάθε δευτερόλεπτο.

Έτσι, για να μετατραπεί ένα υγρό σε ατμό με εξάτμιση ή με βρασμό, απαιτείται εισαγωγή θερμότητας. Η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη μετατροπή μιας δεδομένης μάζας υγρού σε ατμό στην ίδια θερμοκρασία ονομάζεται θερμότητα εξάτμισης αυτού του υγρού.

Σε τι ξοδεύεται η ενέργεια που παρέχεται στο σώμα; Πρώτα απ 'όλα, να αυξήσει την εσωτερική της ενέργεια κατά τη μετάβαση από μια υγρή σε μια αέρια κατάσταση: τελικά, αυτό αυξάνει τον όγκο της ουσίας από τον όγκο του υγρού στον όγκο του κορεσμένου ατμού. Κατά συνέπεια, η μέση απόσταση μεταξύ των μορίων αυξάνεται και ως εκ τούτου η δυναμική τους ενέργεια.

Επιπλέον, καθώς αυξάνεται ο όγκος μιας ουσίας, γίνεται εργασία ενάντια στις εξωτερικές δυνάμεις πίεσης. Αυτό το μέρος της θερμότητας εξάτμισης σε θερμοκρασία δωματίου είναι συνήθως αρκετά τοις εκατό της συνολικής θερμότητας εξάτμισης.

Η θερμότητα της εξάτμισης εξαρτάται από τον τύπο του υγρού, τη μάζα και τη θερμοκρασία του. Η εξάρτηση της θερμότητας της εξάτμισης από τον τύπο του υγρού χαρακτηρίζεται από μια τιμή που ονομάζεται ειδική θερμότητα εξάτμισης.

Η ειδική θερμότητα εξάτμισης ενός δεδομένου υγρού είναι ο λόγος της θερμότητας της εξάτμισης ενός υγρού προς τη μάζα του:

(6.6.1)

Οπου r- ειδική θερμότητα εξάτμισης υγρού. Τ- μάζα υγρού. Q n- η θερμότητα εξάτμισης του. Η μονάδα SI ειδικής θερμότητας εξάτμισης είναι joule ανά χιλιόγραμμο (J/kg).

Η ειδική θερμότητα εξάτμισης του νερού είναι πολύ υψηλή: 2.256·10 6 J/kg σε θερμοκρασία 100 °C. Για άλλα υγρά (οινόπνευμα, αιθέρας, υδράργυρος, κηροζίνη κ.λπ.) η ειδική θερμότητα εξάτμισης είναι 3-10 φορές μικρότερη.