पानी किस तापमान पर उबलता है? दबाव पर क्वथनांक की निर्भरता। पानी का उबलना और वाष्पीकरण

उपरोक्त तर्क से यह स्पष्ट है कि किसी द्रव का क्वथनांक किस पर निर्भर करता है बाहरी दबाव. अवलोकन इसकी पुष्टि करते हैं।

बाहरी दबाव जितना अधिक होगा, क्वथनांक उतना ही अधिक होगा। तो, भाप बॉयलर में 1.6 10 6 Pa तक पहुंचने वाले दबाव में, पानी 200 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर भी नहीं उबलता है। चिकित्सा संस्थानों में, भली भांति बंद जहाजों में उबलते पानी - आटोक्लेव (चित्र। 6.11) भी ऊंचे दबाव में होता है। इसलिए, क्वथनांक 100 ° C से बहुत अधिक है। आटोक्लेव का उपयोग सर्जिकल उपकरणों, ड्रेसिंग आदि को स्टरलाइज़ करने के लिए किया जाता है।

इसके विपरीत, बाहरी दबाव को कम करके, हम क्वथनांक को कम करते हैं। वायु पंप की घंटी के नीचे, आप पानी को कमरे के तापमान पर उबाल सकते हैं (चित्र 6.12)। जैसे-जैसे आप पहाड़ों पर चढ़ते हैं, वायुमंडलीय दबाव कम होता जाता है, इसलिए क्वथनांक कम होता जाता है। 7134 मीटर (पामिरों में लेनिन पीक) की ऊंचाई पर, दबाव लगभग 4 · 10 4 Pa ​​​​(300 मिमी Hg) है। वहां पानी लगभग 70°C पर उबलता है। उदाहरण के लिए, इन परिस्थितियों में मांस पकाना असंभव है।

चित्र 6.13 बाहरी दबाव पर पानी के क्वथनांक की निर्भरता को दर्शाता है। यह देखना आसान है कि यह वक्र तापमान पर संतृप्त जल वाष्प दबाव की निर्भरता को व्यक्त करने वाला वक्र भी है।

तरल पदार्थों के क्वथनांक में अंतर

प्रत्येक तरल का अपना क्वथनांक होता है। तरल पदार्थों के क्वथनांक में अंतर एक ही तापमान पर उनके संतृप्त वाष्प के दबाव में अंतर से निर्धारित होता है। उदाहरण के लिए, पहले से ही कमरे के तापमान पर ईथर वाष्प का दबाव आधे वायुमंडलीय दबाव से अधिक होता है। इसलिए, ईथर वाष्प के दबाव को वायुमंडलीय के बराबर होने के लिए, तापमान में मामूली वृद्धि (35 डिग्री सेल्सियस तक) की आवश्यकता होती है। पारा में, कमरे के तापमान पर संतृप्त वाष्प का दबाव बहुत नगण्य होता है। तापमान में उल्लेखनीय वृद्धि (357 ° C तक) के साथ ही पारे का वाष्प दाब वायुमंडलीय के बराबर हो जाता है। यह इस तापमान पर है, यदि बाहरी दबाव 105 Pa है, तो पारा उबलता है।

पदार्थों के क्वथनांकों में अंतर प्रौद्योगिकी में बहुत उपयोगी है, उदाहरण के लिए, पेट्रोलियम उत्पादों के पृथक्करण में। जब तेल को गर्म किया जाता है, तो इसके सबसे मूल्यवान, वाष्पशील भाग (गैसोलीन) सबसे पहले वाष्पित हो जाते हैं, जिसे इस प्रकार "भारी" अवशेषों (तेल, ईंधन तेल) से अलग किया जा सकता है।

दबाव पड़ने पर द्रव उबलता है संतृप्त भापतरल के अंदर दबाव की तुलना में।

§ 6.6। वाष्पीकरण का ताप

क्या तरल को वाष्प में बदलने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है? शायद हां! क्या यह नहीं?

हमने नोट किया (§ 6.1 देखें) कि एक तरल का वाष्पीकरण उसके ठंडा होने के साथ होता है। वाष्पित होने वाले तरल के तापमान को अपरिवर्तित बनाए रखने के लिए, इसे बाहर से गर्मी की आपूर्ति की जानी चाहिए। बेशक, गर्मी को आसपास के निकायों से तरल में स्थानांतरित किया जा सकता है। तो, गिलास में पानी वाष्पित हो जाता है, लेकिन पानी का तापमान, जो आसपास की हवा के तापमान से कुछ कम होता है, अपरिवर्तित रहता है। गर्मी को हवा से पानी में तब तक स्थानांतरित किया जाता है जब तक कि सारा पानी वाष्पित न हो जाए।

पानी (या किसी अन्य तरल) को उबलने के लिए, उसे लगातार गर्मी की आपूर्ति भी करनी चाहिए, उदाहरण के लिए, इसे बर्नर से गर्म करके। इस मामले में, पानी और बर्तन का तापमान नहीं बढ़ता है, लेकिन हर सेकंड एक निश्चित मात्रा में भाप बनती है।

इस प्रकार, एक तरल को वाष्पीकरण या उबलने से वाष्प में बदलने के लिए, ऊष्मा के प्रवाह की आवश्यकता होती है। किसी दिए गए द्रव के द्रव्यमान को उसी तापमान पर वाष्प में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा को उस द्रव के वाष्पीकरण की ऊष्मा कहा जाता है।

शरीर को आपूर्ति की जाने वाली ऊर्जा का उपयोग किसके लिए किया जाता है? सबसे पहले, एक तरल से गैसीय अवस्था में संक्रमण के दौरान अपनी आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाने के लिए: आखिरकार, इस मामले में, किसी पदार्थ का आयतन तरल के आयतन से संतृप्त वाष्प के आयतन तक बढ़ जाता है। नतीजतन, अणुओं के बीच औसत दूरी बढ़ जाती है, और इसलिए उनकी संभावित ऊर्जा।

इसके अतिरिक्त, जब किसी पदार्थ का आयतन बढ़ता है, तो बाहरी दबाव की शक्तियों के विरुद्ध कार्य किया जाता है। कमरे के तापमान पर वाष्पीकरण की गर्मी का यह हिस्सा आमतौर पर वाष्पीकरण की कुल गर्मी का कुछ प्रतिशत होता है।

वाष्पीकरण की ऊष्मा तरल के प्रकार, उसके द्रव्यमान और तापमान पर निर्भर करती है। तरल के प्रकार पर वाष्पीकरण की गर्मी की निर्भरता एक मूल्य द्वारा विशेषता है जिसे वाष्पीकरण की विशिष्ट गर्मी कहा जाता है।

किसी दिए गए तरल के वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा किसी तरल के वाष्पीकरण की ऊष्मा का उसके द्रव्यमान के अनुपात में होती है:

(6.6.1)

कहाँ आर- तरल के वाष्पीकरण की विशिष्ट गर्मी; टी- द्रव का द्रव्यमान; क्यू एनइसकी वाष्पीकरण की गर्मी है। वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा के लिए SI इकाई जूल प्रति किलोग्राम (J/kg) है।

पानी के वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा बहुत अधिक होती है: 100 °C के तापमान पर 2.256 10 6 J/kg। अन्य तरल पदार्थों (शराब, ईथर, पारा, मिट्टी के तेल, आदि) के लिए, वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा 3-10 गुना कम होती है।

उबालना किसी पदार्थ की कुल अवस्था को बदलने की प्रक्रिया है। जब हम पानी की बात करते हैं, तो हमारा मतलब तरल से वाष्प में परिवर्तन से है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि उबलना वाष्पीकरण नहीं है, जो कमरे के तापमान पर भी हो सकता है। इसके अलावा, उबलने से भ्रमित न हों, जो पानी को एक निश्चित तापमान पर गर्म करने की प्रक्रिया है। अब जबकि हम अवधारणाओं को समझ गए हैं, हम यह निर्धारित कर सकते हैं कि पानी किस तापमान पर उबलता है।

प्रक्रिया

एकत्रीकरण की स्थिति को तरल से गैसीय में बदलने की बहुत प्रक्रिया जटिल है। और यद्यपि लोग इसे नहीं देखते हैं, इसके 4 चरण हैं:

1. पहले चरण में, गर्म कंटेनर के तल पर छोटे बुलबुले बनते हैं। उन्हें किनारों पर या पानी की सतह पर भी देखा जा सकता है। वे हवा के बुलबुले के विस्तार के कारण बनते हैं, जो हमेशा टैंक की दरारों में मौजूद होते हैं, जहां पानी गर्म होता है।
2. दूसरे चरण में बुलबुलों का आयतन बढ़ जाता है। वे सभी सतह पर भागना शुरू कर देते हैं, क्योंकि उनके अंदर संतृप्त भाप होती है, जो पानी से हल्की होती है। हीटिंग तापमान में वृद्धि के साथ, बुलबुले का दबाव बढ़ जाता है, और प्रसिद्ध आर्किमिडीज बल के कारण उन्हें सतह पर धकेल दिया जाता है। इस मामले में, आप उबलने की विशिष्ट ध्वनि सुन सकते हैं, जो बुलबुले के आकार में निरंतर विस्तार और कमी के कारण बनती है।
3. तीसरे चरण में, सतह पर देखा जा सकता है एक बड़ी संख्या कीबुलबुले। यह शुरू में पानी में बादल पैदा करता है। इस प्रक्रिया को लोकप्रिय रूप से "एक सफेद कुंजी के साथ उबालना" कहा जाता है, और यह थोड़े समय के लिए रहता है।
4. चौथे चरण में, पानी तीव्रता से उबलता है, सतह पर बड़े फटने वाले बुलबुले दिखाई देते हैं, और छींटे दिखाई दे सकते हैं। अक्सर, छींटे का मतलब है कि तरल अपने अधिकतम तापमान पर पहुंच गया है। पानी से भाप निकलने लगेगी।

यह ज्ञात है कि पानी 100 डिग्री के तापमान पर उबलता है, जो चौथी अवस्था में ही संभव है।

भाप का तापमान

भाप पानी की अवस्थाओं में से एक है। जब यह हवा में प्रवेश करता है, तो अन्य गैसों की तरह, यह उस पर एक निश्चित दबाव डालता है। वाष्पीकरण के दौरान, भाप और पानी का तापमान तब तक स्थिर रहता है जब तक कि संपूर्ण तरल अपनी एकत्रीकरण की स्थिति को नहीं बदल देता। इस घटना को इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि उबलने के दौरान सारी ऊर्जा पानी को भाप में बदलने में खर्च होती है।

उबलने की शुरुआत में, नम संतृप्त भाप बनती है, जो सभी तरल के वाष्पीकरण के बाद सूख जाती है। यदि इसका तापमान पानी के तापमान से अधिक होना शुरू हो जाता है, तो ऐसी भाप अतितापित होती है, और इसकी विशेषताओं में यह गैस के करीब होगी।

खौलता हुआ खारा पानी

यह जानना काफी दिलचस्प है कि उच्च नमक सामग्री वाला पानी किस तापमान पर उबलता है। यह ज्ञात है कि संरचना में Na+ और Cl- आयनों की सामग्री के कारण यह अधिक होना चाहिए, जो पानी के अणुओं के बीच एक क्षेत्र पर कब्जा कर लेता है। नमक के साथ पानी की यह रासायनिक संरचना सामान्य ताजे तरल से भिन्न होती है।

तथ्य यह है कि खारे पानी में एक जलयोजन प्रतिक्रिया होती है - पानी के अणुओं को नमक आयनों से जोड़ने की प्रक्रिया। ताजे पानी के अणुओं के बीच का बंधन जलयोजन के दौरान बनने वाले बंधनों की तुलना में कमजोर होता है, इसलिए घुले हुए नमक के साथ तरल को उबालने में अधिक समय लगेगा। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, नमक वाले पानी में अणु तेजी से आगे बढ़ते हैं, लेकिन उनकी संख्या कम होती है, यही वजह है कि उनके बीच टकराव कम होता है। नतीजतन, कम भाप का उत्पादन होता है और इसलिए इसका दबाव ताजे पानी के भाप सिर से कम होता है। इसलिए, पूर्ण वाष्पीकरण के लिए अधिक ऊर्जा (तापमान) की आवश्यकता होती है। औसतन, 60 ग्राम नमक वाले एक लीटर पानी को उबालने के लिए, पानी के क्वथनांक को 10% (यानी 10 C) तक बढ़ाना आवश्यक है।

उबलते दबाव पर निर्भरता

यह ज्ञात है कि पहाड़ों में, परवाह किए बिना रासायनिक संरचनापानी का क्वथनांक कम होगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि ऊंचाई पर वायुमंडलीय दबाव कम होता है। सामान्य दबाव 101.325 kPa माना जाता है। इसके साथ, पानी का क्वथनांक 100 डिग्री सेल्सियस है। लेकिन अगर आप किसी पहाड़ पर चढ़ते हैं, जहां का दबाव औसतन 40 kPa है, तो वहां पानी 75.88 C पर उबलेगा। लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि पहाड़ों में खाना पकाने में लगभग आधा समय लगेगा। उत्पादों के ताप उपचार के लिए, एक निश्चित तापमान की आवश्यकता होती है।

ऐसा माना जाता है कि समुद्र तल से 500 मीटर की ऊँचाई पर पानी 98.3 C पर उबलता है, और 3000 मीटर की ऊँचाई पर क्वथनांक 90 C होता है।

ध्यान दें कि यह कानून विपरीत दिशा में भी काम करता है। यदि एक बंद फ्लास्क में एक तरल रखा जाता है जिसके माध्यम से वाष्प पारित नहीं हो सकता है, तो जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है और भाप बनती है, इस फ्लास्क में दबाव बढ़ेगा, और उच्च दबाव पर उबलना उच्च तापमान पर होगा। उदाहरण के लिए, 490.3 kPa के दबाव पर, पानी का क्वथनांक 151 C होगा।

आसुत जल उबालना

आसुत जल बिना किसी अशुद्धियों के शुद्ध पानी है। इसका उपयोग अक्सर चिकित्सा या तकनीकी उद्देश्यों के लिए किया जाता है। यह देखते हुए कि ऐसे पानी में कोई अशुद्धियाँ नहीं हैं, इसका उपयोग खाना पकाने के लिए नहीं किया जाता है। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि आसुत जल साधारण ताजे पानी की तुलना में तेजी से उबलता है, लेकिन क्वथनांक समान रहता है - 100 डिग्री। हालांकि, उबलने के समय में अंतर न्यूनतम होगा - केवल एक सेकंड का अंश।

एक चायदानी में

अक्सर लोग रुचि रखते हैं कि केतली में पानी किस तापमान पर उबलता है, क्योंकि यह ऐसे उपकरण हैं जिनका उपयोग वे तरल पदार्थ उबालने के लिए करते हैं। इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि अपार्टमेंट में वायुमंडलीय दबाव मानक एक के बराबर है, और उपयोग किए गए पानी में लवण और अन्य अशुद्धियां नहीं हैं जो वहां नहीं होनी चाहिए, क्वथनांक भी मानक - 100 डिग्री होगा। लेकिन अगर पानी में नमक है, तो क्वथनांक, जैसा कि हम पहले से ही जानते हैं, अधिक होगा।

निष्कर्ष

अब आप जानते हैं कि पानी किस तापमान पर उबलता है, और वायुमंडलीय दबाव और तरल की संरचना इस प्रक्रिया को कैसे प्रभावित करती है। इसमें कुछ भी जटिल नहीं है, और ऐसी जानकारी बच्चों को स्कूल में मिलती है। याद रखने वाली मुख्य बात यह है कि दबाव में कमी के साथ, तरल का क्वथनांक भी घटता है, और इसके बढ़ने से यह भी बढ़ जाता है।

इंटरनेट पर, आप कई अलग-अलग टेबल पा सकते हैं जो वायुमंडलीय दबाव पर तरल के क्वथनांक की निर्भरता को इंगित करते हैं। वे सभी के लिए उपलब्ध हैं और स्कूली बच्चों, छात्रों और यहां तक ​​​​कि संस्थानों में शिक्षकों द्वारा सक्रिय रूप से उपयोग किए जाते हैं।

>>भौतिकी: तापमान पर संतृप्ति वाष्प दबाव की निर्भरता। उबलना

तरल सिर्फ वाष्पित नहीं होता है। यह एक निश्चित तापमान पर उबलता है।
संतृप्त वाष्प दबाव बनाम तापमान. संतृप्त भाप की स्थिति, जैसा कि अनुभव से पता चलता है (हमने पिछले पैराग्राफ में इसके बारे में बात की थी), लगभग एक आदर्श गैस (10.4) की स्थिति के समीकरण द्वारा वर्णित है, और इसका दबाव सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

जैसे ही तापमान बढ़ता है, दबाव बढ़ जाता है। क्योंकि संतृप्त वाष्प का दबाव मात्रा पर निर्भर नहीं करता है, इसलिए यह केवल तापमान पर निर्भर करता है।
हालाँकि, निर्भरता आर एन.पी.से टी, प्रयोगात्मक रूप से पाया गया, सीधे आनुपातिक नहीं है, जैसा कि स्थिर मात्रा में एक आदर्श गैस में होता है। बढ़ते तापमान के साथ, एक आदर्श गैस के दबाव की तुलना में एक वास्तविक संतृप्त वाष्प का दबाव तेजी से बढ़ता है ( चित्र 11.1, वक्र का खंड अब). यह स्पष्ट हो जाता है अगर हम बिंदुओं के माध्यम से एक आदर्श गैस के समद्विबाहुओं को खींचते हैं एऔर में(धराशायी लाइनों)। ऐसा क्यों हो रहा है?

जब किसी द्रव को बंद पात्र में गर्म किया जाता है तो द्रव का कुछ भाग वाष्प में बदल जाता है। परिणामस्वरूप, सूत्र (11.1) के अनुसार संतृप्त वाष्प का दबाव न केवल तरल के तापमान में वृद्धि के कारण बढ़ता है, बल्कि वाष्प के अणुओं (घनत्व) की एकाग्रता में वृद्धि के कारण भी होता है।. मूल रूप से, बढ़ते तापमान के साथ दबाव में वृद्धि एकाग्रता में वृद्धि से ठीक-ठीक निर्धारित होती है। एक आदर्श गैस और संतृप्त भाप के व्यवहार में मुख्य अंतर यह है कि जब एक बंद बर्तन में वाष्प का तापमान बदलता है (या जब मात्रा में परिवर्तन होता है) स्थिर तापमान) वाष्प का द्रव्यमान बदल जाता है। तरल आंशिक रूप से वाष्प में बदल जाता है, या, इसके विपरीत, वाष्प आंशिक रूप से संघनित होता है। एक आदर्श गैस के साथ ऐसा कुछ नहीं होता।
जब सभी तरल वाष्पित हो जाते हैं, तो वाष्प को और गर्म करने पर संतृप्त होना बंद हो जाएगा, और निरंतर आयतन पर इसका दबाव पूर्ण तापमान के सीधे अनुपात में बढ़ जाएगा (चित्र देखें। चित्र 11.1, वक्र का खंड रवि).
. जैसे-जैसे द्रव का तापमान बढ़ता है, वाष्पीकरण की दर बढ़ती है। अंत में, तरल उबलने लगता है। उबलने पर, तेजी से बढ़ने वाले वाष्प के बुलबुले तरल के पूरे आयतन में बनते हैं, जो सतह पर तैरते हैं। द्रव का क्वथनांक स्थिर रहता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि तरल को आपूर्ति की जाने वाली सारी ऊर्जा इसे भाप में बदलने में खर्च होती है। उबाल किन परिस्थितियों में शुरू होता है?
तरल में हमेशा घुली हुई गैसें होती हैं जो बर्तन के तल और दीवारों पर छोड़ी जाती हैं, साथ ही तरल में निलंबित धूल के कण, जो वाष्पीकरण के केंद्र होते हैं। बुलबुले के अंदर तरल वाष्प संतृप्त होते हैं। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, वाष्प का दबाव बढ़ता जाता है और बुलबुले आकार में बढ़ते जाते हैं। उत्प्लावक बल की कार्रवाई के तहत, वे तैरते हैं। यदि तरल की ऊपरी परतों का तापमान कम होता है, तो वाष्प इन परतों में बुलबुले में संघनित होता है। दबाव तेजी से गिरता है और बुलबुले गिर जाते हैं। पतन इतना तेज होता है कि बुलबुले की दीवारें टकराकर विस्फोट जैसा कुछ पैदा करती हैं। इनमें से कई सूक्ष्म विस्फोट विशिष्ट शोर पैदा करते हैं। जब तरल पर्याप्त गर्म हो जाता है, तो बुलबुले गिरना बंद हो जाते हैं और सतह पर तैरने लगते हैं। द्रव उबलने लगेगा। स्टोव पर केतली को ध्यान से देखें। आप पाएंगे कि उबलने से पहले यह आवाज करना लगभग बंद कर देता है।
तापमान पर संतृप्ति वाष्प के दबाव की निर्भरता बताती है कि किसी तरल का क्वथनांक उसकी सतह पर दबाव पर क्यों निर्भर करता है। एक वाष्प का बुलबुला तब बढ़ सकता है जब उसके अंदर संतृप्त वाष्प का दबाव तरल में दबाव से थोड़ा अधिक हो जाता है, जो कि तरल की सतह पर हवा के दबाव (बाहरी दबाव) और तरल स्तंभ के हाइड्रोस्टेटिक दबाव का योग होता है।
आइए हम इस तथ्य पर ध्यान दें कि तरल का वाष्पीकरण क्वथनांक से कम तापमान पर होता है, और केवल तरल की सतह से होता है; उबलने के दौरान, तरल के पूरे आयतन में वाष्प का निर्माण होता है।
उबलना ऐसे तापमान पर शुरू होता है जिस पर बुलबुले में संतृप्ति वाष्प का दबाव तरल में दबाव के बराबर होता है।
बाहरी दबाव जितना अधिक होगा, क्वथनांक उतना ही अधिक होगा. तो, भाप बॉयलर में 1.6 10 6 Pa तक पहुंचने वाले दबाव में, पानी 200 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर भी नहीं उबलता है। चिकित्सा संस्थानों में भली भांति बंद जहाजों में - आटोक्लेव ( चित्र 11.2) पानी अधिक दाब पर भी उबलता है। इसलिए, द्रव का क्वथनांक 100°C से बहुत अधिक होता है। आटोक्लेव का उपयोग सर्जिकल उपकरणों आदि को स्टरलाइज़ करने के लिए किया जाता है।

और इसके विपरीत, बाहरी दबाव को कम करके, हम क्वथनांक को कम करते हैं. फ्लास्क से हवा और जल वाष्प को पंप करके, आप पानी को कमरे के तापमान पर उबाल सकते हैं ( चित्र 11.3). जैसे-जैसे आप पहाड़ों पर चढ़ते हैं, वायुमंडलीय दबाव कम होता जाता है, इसलिए क्वथनांक कम होता जाता है। 7134 मीटर (पामिरों में लेनिन पीक) की ऊंचाई पर, दबाव लगभग 4 · 10 4 Pa ​​​​(300 मिमी Hg) है। वहां पानी लगभग 70°C पर उबलता है। ऐसी स्थिति में मांस पकाना संभव नहीं है।

प्रत्येक तरल का अपना क्वथनांक होता है, जो उसके संतृप्त वाष्प के दबाव पर निर्भर करता है। संतृप्त वाष्प का दबाव जितना अधिक होता है, तरल का क्वथनांक उतना ही कम होता है, क्योंकि कम तापमान पर संतृप्त वाष्प का दबाव वायुमंडलीय दबाव के बराबर हो जाता है। उदाहरण के लिए, 100 ° C के क्वथनांक पर, संतृप्त जल वाष्प का दबाव 101,325 Pa (760 mm Hg) होता है, और पारा वाष्प केवल 117 Pa (0.88 mm Hg) होता है। पारा 357°C पर उबलता है सामान्य दबाव.
एक तरल उबलता है जब उसका संतृप्त वाष्प दबाव तरल के अंदर के दबाव के बराबर हो जाता है।

???
1. दाब बढ़ाने पर क्वथनांक क्यों बढ़ जाता है?
2. उबालने के लिए बुलबुलों में संतृप्त वाष्प का दाब बढ़ाना क्यों आवश्यक है, न कि उनमें उपस्थित वायु का दाब बढ़ाना?
3. बर्तन को ठंडा करके द्रव को कैसे उबाला जाता है? (यह एक पेचीदा सवाल है।)

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, भौतिकी ग्रेड 10

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वाष्पीकरण न केवल वाष्पीकरण के परिणामस्वरूप हो सकता है, बल्कि उबलने के दौरान भी हो सकता है। आइए ऊर्जावान दृष्टिकोण से उबलने पर विचार करें।

किसी द्रव में वायु की एक निश्चित मात्रा सदैव घुली रहती है। जब किसी द्रव को गर्म किया जाता है, तो उसमें घुली गैस की मात्रा कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप उसका कुछ भाग बर्तन के तल और दीवारों पर और तरल में निलंबित अघुलित ठोस कणों पर छोटे-छोटे बुलबुलों के रूप में निकल जाता है। तरल इन हवा के बुलबुले में वाष्पित हो जाता है। समय के साथ, उनमें वाष्प संतृप्त हो जाते हैं। आगे गर्म करने पर, बुलबुले के अंदर संतृप्त वाष्प का दबाव और उनकी मात्रा बढ़ जाती है। जब बुलबुले के अंदर वाष्प का दबाव वायुमंडलीय दबाव के बराबर हो जाता है, तो वे आर्किमिडीज़ के उत्प्लावक बल की क्रिया के तहत तरल की सतह पर उठते हैं, फट जाते हैं और भाप उनसे निकल जाती है। वाष्पीकरण, जो तरल की सतह से और तरल के अंदर ही हवा के बुलबुले में एक साथ होता है, उबलना कहलाता है।वह तापमान जिस पर बुलबुले में संतृप्त वाष्प का दबाव बाहरी दबाव के बराबर हो जाता है, कहलाता है क्वथनांक.

चूंकि एक ही तापमान पर विभिन्न तरल पदार्थों के संतृप्त वाष्प के दबाव अलग-अलग होते हैं, फिर विभिन्न तापमानवे समान हो जाते हैं वायु - दाब. यह विभिन्न तरल पदार्थों को अलग-अलग तापमान पर उबालने का कारण बनता है। द्रवों के इस गुण का उपयोग पेट्रोलियम उत्पादों के उर्ध्वपातन में किया जाता है। जब तेल गर्म होता है, तो इसके सबसे मूल्यवान, वाष्पशील भाग (गैसोलीन) सबसे पहले वाष्पित होते हैं, जो इस प्रकार "भारी" अवशेषों (तेल, ईंधन तेल) से अलग हो जाते हैं।

इस तथ्य से कि उबलना तब होता है जब संतृप्त वाष्प का दबाव तरल पर बाहरी दबाव के बराबर होता है, यह इस प्रकार होता है कि तरल का क्वथनांक बाहरी दबाव पर निर्भर करता है। यदि इसे बढ़ाया जाता है, तो तरल उच्च तापमान पर उबलता है, क्योंकि संतृप्त वाष्पों की अधिक आवश्यकता होती है गर्मी. इसके विपरीत, कम दबाव पर, तरल कम तापमान पर उबलता है। इसे अनुभव द्वारा सत्यापित किया जा सकता है। हम फ्लास्क में पानी को उबालने के लिए गर्म करते हैं और स्पिरिट लैंप (चित्र 37, ए) को हटा देते हैं। पानी का उबलना बंद हो जाता है। एक स्टॉपर के साथ फ्लास्क को बंद करने के बाद, हम एक पंप के साथ हवा और जल वाष्प को निकालना शुरू कर देंगे, जिससे पानी पर दबाव कम हो जाएगा, जो "इसके परिणामस्वरूप उबलता है। इसे एक खुले फ्लास्क में उबाल कर, हवा को पंप करके फ्लास्क में डालने से पानी पर दबाव बढ़ जाएगा (चित्र 37, बी) इसका उबलना बंद हो जाता है। 1 एटीएमपानी 100 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है, और पर 10 एटीएम- 180 ° C पर। इस निर्भरता का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, आटोक्लेव में, नसबंदी के लिए दवा में, खाना पकाने में खाद्य उत्पादों के खाना पकाने में तेजी लाने के लिए।

एक तरल को उबालना शुरू करने के लिए, इसे क्वथनांक तक गर्म करना चाहिए। ऐसा करने के लिए, तरल को ऊर्जा प्रदान करना आवश्यक है, उदाहरण के लिए, गर्मी की मात्रा क्यू \u003d सेमी (टी ° से - टी ° 0). उबालने पर द्रव का तापमान स्थिर रहता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि उबलने के दौरान बताई गई ऊष्मा की मात्रा तरल के अणुओं की गतिज ऊर्जा को बढ़ाने पर नहीं, बल्कि आणविक बंधनों को तोड़ने के काम पर, यानी वाष्पीकरण पर खर्च होती है। भाप को संघनित करते समय, ऊर्जा के संरक्षण के नियम के अनुसार, यह बंद हो जाता है पर्यावरणवाष्पीकरण पर खर्च की गई गर्मी की मात्रा। संघनन क्वथनांक पर होता है, जो संघनन प्रक्रिया के दौरान स्थिर रहता है। (समझाइए क्यों)।

आइए हम वाष्पीकरण और संघनन के लिए ऊष्मा संतुलन समीकरण की रचना करें। तरल के क्वथनांक पर ली गई भाप, ट्यूब ए (चित्र 38, ए) के माध्यम से कैलोरीमीटर में पानी में प्रवेश करती है, इसमें संघनित होती है, इसे प्राप्त करने के लिए खर्च की गई गर्मी की मात्रा देती है। इस मामले में, पानी और कैलोरीमीटर न केवल भाप के संघनन से, बल्कि उससे प्राप्त तरल से भी गर्मी की मात्रा प्राप्त करते हैं। भौतिक राशियों के आंकड़े तालिका में दिए गए हैं। 3.

संघनित भाप ने ऊष्मा की मात्रा को छोड़ दिया क्यू पी \u003d आरएम 3(चित्र 38, बी)। भाप से प्राप्त तरल, t ° 3 से θ ° तक ठंडा होने पर, ऊष्मा की मात्रा को छोड़ देता है क्यू 3 \u003d सी 2 एम 3 (टी 3 ° - θ °)।

कैलोरीमीटर और पानी, t ° 2 से θ ° (चित्र 38, c) तक गर्म करने से ऊष्मा की मात्रा प्राप्त होती है

क्यू 1 \u003d सी 1 मीटर 1 (θ ° - t ° 2); क्यू 2 \u003d सी 2 एम 2 (θ ° - टी ° 2)।

ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के कानून के आधार पर

क्यू पी + क्यू 3 \u003d क्यू 1 + क्यू 2,

उबलना- यह वाष्पीकरण है जो एक साथ सतह से और तरल के पूरे आयतन में होता है। यह इस तथ्य में शामिल है कि कई बुलबुले पॉप अप और फट जाते हैं, जिससे एक विशिष्ट खदबदाहट होती है।

जैसा कि अनुभव से पता चलता है, किसी दिए गए बाहरी दबाव पर तरल का उबलना एक निश्चित तापमान पर शुरू होता है जो उबलने की प्रक्रिया के दौरान नहीं बदलता है और केवल तब हो सकता है जब गर्मी हस्तांतरण के परिणामस्वरूप बाहर से ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है (चित्र 1)। :

जहाँ L क्वथनांक पर वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा है।

उबलने का तंत्र: एक तरल में हमेशा एक घुलित गैस होती है, जिसके विघटन की डिग्री बढ़ते तापमान के साथ घट जाती है। इसके अलावा, पोत की दीवारों पर अधिशोषित गैस होती है। जब तरल को नीचे से गर्म किया जाता है (चित्र 2), गैस बर्तन की दीवारों के पास बुलबुले के रूप में बाहर निकलने लगती है। इन बुलबुलों में द्रव वाष्पित हो जाता है। इसलिए, हवा के अलावा, उनमें संतृप्त भाप होती है, जिसका दबाव बढ़ते तापमान के साथ तेजी से बढ़ता है, और बुलबुले मात्रा में बढ़ते हैं, और परिणामस्वरूप, आर्किमिडीज़ बल उन पर कार्य करते हैं। जब उत्प्लावक बल बुलबुले के गुरुत्वाकर्षण से अधिक हो जाता है, तो वह तैरने लगता है। लेकिन जब तक तरल समान रूप से गर्म नहीं होता है, तब तक बुलबुले का आयतन कम हो जाता है (संतृप्त वाष्प का दबाव घटते तापमान के साथ घटता है) और, मुक्त सतह पर पहुंचने से पहले, बुलबुले गायब हो जाते हैं (पतन) (चित्र 2, ए)। यही कारण है कि उबालने से पहले हम एक विशिष्ट ध्वनि सुनते हैं। जब तरल का तापमान बराबर हो जाता है, तो बुलबुले का आयतन बढ़ने के साथ-साथ बढ़ जाएगा, क्योंकि संतृप्त वाष्प का दबाव नहीं बदलता है, और बुलबुले पर बाहरी दबाव, जो बुलबुले के ऊपर तरल के हाइड्रोस्टेटिक दबाव का योग होता है। और वायुमण्डलीय दाब घट जाता है। बुलबुला तरल की मुक्त सतह पर पहुंचता है, फट जाता है, और संतृप्त वाष्प बाहर आ जाती है (चित्र 2, बी) - तरल उबलता है। बुलबुले में संतृप्त वाष्प का दबाव व्यावहारिक रूप से बाहरी दबाव के बराबर होता है।

वह तापमान जिस पर किसी द्रव का संतृप्त वाष्प दाब उसकी मुक्त सतह पर बाह्य दाब के बराबर होता है, कहलाता है क्वथनांकतरल पदार्थ।

चूंकि संतृप्त वाष्प का दबाव बढ़ते तापमान के साथ बढ़ता है, और उबलने के दौरान यह बाहरी दबाव के बराबर होना चाहिए, उबलते तापमान में बाहरी दबाव में वृद्धि के साथ वृद्धि होती है।

क्वथनांक भी अशुद्धियों की उपस्थिति पर निर्भर करता है, आमतौर पर अशुद्धियों की बढ़ती एकाग्रता के साथ बढ़ता है।

यदि तरल को पहले उसमें घुली गैस से मुक्त किया जाता है, तो उसे ज़्यादा गरम किया जा सकता है, अर्थात। क्वथनांक से ऊपर ताप। यह तरल की अस्थिर अवस्था है। पर्याप्त छोटा हिलाना और तरल उबलता है, और इसका तापमान तुरंत क्वथनांक तक गिर जाता है।