• Reparație
• Reparație
• Design interior
• Despre tot
• Despre instalații sanitare

Căldura specifică de vaporizare. Căldura specifică de vaporizare

Pentru a menține fierberea apei (sau a altui lichid), este necesar să îi furnizați în mod continuu căldură, de exemplu, să o încălziți cu un arzător. În acest caz, temperatura apei și a vasului nu crește, dar se formează o anumită cantitate de abur pentru fiecare unitate de timp. De aici rezultă concluzia că transformarea apei în vapori necesită un aflux de căldură, la fel cum are loc în timpul transformării unui cristal (gheață) într-un lichid (§ 269). Cantitatea de căldură necesară pentru a converti o unitate de masă a unui lichid în vapori de aceeași temperatură se numește căldură specifică de vaporizare a unui lichid dat. Se exprimă în jouli pe kilogram.

Este ușor de observat că aceeași cantitate de căldură trebuie eliberată atunci când un vapor se condensează într-un lichid. Într-adevăr, să coborâm un tub conectat la un cazan într-un pahar cu apă (Fig. 488). La ceva timp după începerea încălzirii, bulele de aer vor începe să iasă din capătul tubului scufundat în apă. Acest aer ridică ușor temperatura apei. Apoi apa din cazan fierbe, după care vom vedea că bulele care ies din capătul tubului nu se mai ridică, ci scad rapid și dispar cu un sunet ascuțit. Acestea sunt bule de abur care se condensează în apă. De îndată ce aburul iese din cazan în loc de aer, apa va începe să se încălzească rapid. Deoarece capacitatea termică specifică a aburului este aproximativ aceeași cu cea a aerului, din această observație rezultă că o încălzire atât de rapidă a apei are loc tocmai datorită condensării aburului.

Orez. 488. În timp ce aerul iese din cazan, termometrul arată aproape aceeași temperatură. Când iese abur în loc de aer și începe să se condenseze în cană, termometrul se va ridica rapid, indicând o creștere a temperaturii.

Când o unitate de masă de vapori se condensează într-un lichid de aceeași temperatură, se eliberează o cantitate de căldură egală cu căldura specifică de vaporizare. Acest lucru ar putea fi prevăzut pe baza legii conservării energiei. Într-adevăr, dacă nu ar fi așa, atunci ar fi posibil să se construiască o mașină în care lichidul să se evapore mai întâi și apoi să se condenseze: diferența dintre căldura de vaporizare și căldura de condensare ar reprezenta creșterea energiei totale a tuturor organismele care participă la procesul în cauză. Și asta contrazice legea conservării energiei.

Căldura specifică de vaporizare poate fi determinată cu ajutorul unui calorimetru, similar modului în care se face atunci când se determină căldura specifică de fuziune (§ 269). Turnați o anumită cantitate de apă în calorimetru și măsurați temperatura acestuia. Apoi, de ceva timp, vom introduce vaporii lichidului de testare din cazan în apă, luând măsuri pentru a ne asigura că curge doar abur, fără picături de lichid. Pentru a face acest lucru, aburul este trecut printr-un abur (Fig. 489). După aceea, măsurăm din nou temperatura apei în calorimetru. Cântărind calorimetrul, putem judeca după creșterea masei acestuia cantitatea de vapori condensată într-un lichid.

Orez. 489. Sukhoparnik - un dispozitiv pentru reținerea picăturilor de apă care se mișcă împreună cu aburul

Folosind legea conservării energiei, este posibil să se compună o ecuație de echilibru termic pentru acest proces, care face posibilă determinarea căldurii specifice de vaporizare a apei. Fie masa de apă din calorimetru (inclusiv echivalentul în apă al calorimetrului) să fie egală cu masa aburului - , capacitatea termică a apei - , temperaturile inițiale și finale ale apei din calorimetru - și , punctul de fierbere al apa - si caldura specifica de vaporizare - . Ecuația de echilibru termic are forma

.

Rezultatele determinării căldurii specifice de vaporizare a unor lichide la presiune normală sunt date în tabel. 20. După cum puteți vedea, această căldură este destul de mare. Căldura mare de vaporizare a apei joacă un rol extrem de important în natură, deoarece procesele de vaporizare au loc în natură la o scară grandioasă.

Tabelul 20 Căldura specifică vaporizarea unor lichide

Rețineți că valorile căldurii specifice de vaporizare conținute în tabel se referă la punctul de fierbere la presiune normală. Dacă lichidul fierbe sau pur și simplu se evaporă la o temperatură diferită, atunci căldura sa specifică de vaporizare este diferită. Pe măsură ce temperatura unui lichid crește, căldura de vaporizare scade întotdeauna. Vom privi mai târziu explicația pentru aceasta.

295.1. Calculați cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 20 g de apă până la punctul de fierbere și transformați 20 g de apă în abur la .

295.2. Ce temperatura se va obtine daca se introduc 3 g de abur intr-un pahar care contine 200 g apa la ? Ignorați capacitatea de căldură a sticlei.

În această lecție, vom acorda atenție unui astfel de tip de vaporizare precum fierberea, vom discuta diferențele sale față de procesul de evaporare considerat anterior, vom introduce o astfel de valoare precum punctul de fierbere și vom discuta de ce depinde acesta. La sfârșitul lecției, vom introduce o cantitate foarte importantă care descrie procesul de vaporizare - căldura specifică de vaporizare și condensare.

Subiect: Stări agregate ale materiei

Lecția: Se fierbe. Căldura specifică de vaporizare și condensare

În ultima lecție, am luat deja în considerare unul dintre tipurile de vaporizare - evaporarea - și am evidențiat proprietățile acestui proces. Astăzi vom discuta despre un astfel de tip de vaporizare precum procesul de fierbere și vom introduce o valoare care caracterizează numeric procesul de vaporizare - căldura specifică de vaporizare și condensare.

Definiție.Fierbere(Fig. 1) este un proces de tranziție intensivă a unui lichid într-o stare gazoasă, însoțit de formarea de bule de vapori și care are loc în volumul lichidului la o anumită temperatură, care se numește punct de fierbere.

Să comparăm două tipuri de vaporizare între ele. Procesul de fierbere este mai intens decât procesul de evaporare. În plus, după cum ne amintim, procesul de evaporare are loc la orice temperatură peste punctul de topire, iar procesul de fierbere - strict la o anumită temperatură, care este diferită pentru fiecare dintre substanțe și se numește punctul de fierbere. De asemenea, trebuie menționat că evaporarea are loc numai de pe suprafața liberă a lichidului, adică din zona care îl delimitează de gazele din jur, iar fierberea are loc imediat din întregul volum.

Să luăm în considerare cursul procesului de fierbere mai detaliat. Să ne imaginăm o situație pe care mulți dintre noi am întâlnit-o în mod repetat - aceasta este încălzirea și fierberea apei într-un anumit vas, de exemplu, într-o cratiță. În timpul încălzirii, o anumită cantitate de căldură va fi transferată apei, ceea ce va duce la o creștere a acesteia energie internași o creștere a activității mișcării moleculelor. Acest proces va continua până la o anumită etapă, până când energia mișcării moleculare devine suficientă pentru a începe să fiarbă.

Gazele dizolvate (sau alte impurități) sunt prezente în apă, care sunt eliberate în structura acesteia, ceea ce duce la așa-numita apariție a centrelor de vaporizare. Adică, în aceste centre se eliberează aburul și se formează bule în întregul volum de apă, care sunt observate în timpul fierberii. Este important să înțelegeți că aceste bule nu sunt aer, ci abur, care se formează în timpul procesului de fierbere. După formarea bulelor, cantitatea de vapori din ele crește și încep să crească în dimensiune. Adesea, bulele se formează inițial lângă pereții vasului și nu se ridică imediat la suprafață; mai întâi, ei, crescând în dimensiune, sunt sub influența forței în creștere a lui Arhimede, apoi se desprind de zid și se ridică la suprafață, unde izbucnesc și eliberează o porțiune de abur.

Trebuie remarcat faptul că nu toate bulele de abur ajung la suprafața liberă a apei deodată. La începutul procesului de fierbere, apa este încă departe de a fi încălzită uniform, iar straturile inferioare, lângă care are loc procesul de transfer de căldură, sunt chiar mai fierbinți decât cele superioare, chiar și ținând cont de procesul de convecție. Aceasta duce la faptul că bulele de abur care se ridică de dedesubt se prăbușesc din cauza fenomenului de tensiune superficială, neatingând încă la suprafața liberă a apei. În același timp, aburul care se afla în interiorul bulelor trece în apă, încălzindu-l suplimentar și accelerând procesul de încălzire uniformă a apei pe tot volumul. Ca urmare, atunci când apa este încălzită aproape uniform, aproape toate bulele de abur încep să ajungă la suprafața apei și începe procesul de vaporizare intensă.

Este important de subliniat faptul că temperatura la care are loc procesul de fierbere rămâne neschimbată chiar dacă intensitatea alimentării cu căldură a lichidului este crescută. Cu cuvinte simple Dacă, în timpul procesului de fierbere, se adaugă gaz în arzător, care încălzește oala cu apă, acest lucru nu va face decât să crească intensitatea fierberii și nu să crească temperatura lichidului. Dacă ne aprofundăm mai serios în procesul de fierbere, este de remarcat faptul că există zone în apă în care aceasta poate fi supraîncălzită peste punctul de fierbere, dar amploarea unei astfel de supraîncălziri, de regulă, nu depășește unul sau câteva grade și este nesemnificativă în volumul total al lichidului. Punctul de fierbere al apei la presiune normală este de 100°C.

În procesul de fierbere a apei, puteți observa că este însoțită de sunete caracteristice așa-numitului clocot. Aceste sunete apar doar din cauza procesului descris de colaps al bulelor de abur.

Procesele de fierbere a altor lichide se desfășoară în același mod ca și fierberea apei. Principala diferență în aceste procese este diferitele puncte de fierbere ale substanțelor, care la presiunea atmosferică normală sunt deja măsurate în valori tabelare. Să indicăm principalele valori ale acestor temperaturi în tabel.

Un fapt interesant este că punctul de fierbere al lichidelor depinde de mărime presiune atmosferică, motiv pentru care am indicat că toate valorile din tabel sunt date la presiunea atmosferică normală. Când presiunea aerului crește, crește și punctul de fierbere al lichidului, iar când scade, dimpotrivă, scade.

De această dependență a punctului de fierbere de presiune mediu inconjurator bazat pe principiul de funcționare a unui astfel de cunoscut aparat de bucătărie ca o oală sub presiune (fig. 2). Este o tigaie cu capac etanș, sub care, în procesul de vaporizare a apei, presiunea aerului cu abur atinge valori de până la 2 presiuni atmosferice, ceea ce duce la creșterea punctului de fierbere al apei în ea. la . Din această cauză, apa cu alimente în ea are posibilitatea să se încălzească la o temperatură mai mare decât de obicei (), iar procesul de gătire este accelerat. Din cauza acestui efect, dispozitivul și-a primit numele.

Orez. 2. Oala sub presiune ()

Situația cu scăderea punctului de fierbere a unui lichid cu scăderea presiunii atmosferice are și un exemplu din viață, dar nu mai este cotidian pentru mulți oameni. Acest exemplu se aplică călătoriilor alpiniștilor în zonele muntoase. Se dovedește că într-o zonă situată la o altitudine de 3000-5000 m, punctul de fierbere al apei, din cauza scăderii presiunii atmosferice, scade la valori și mai mici, ceea ce duce la dificultăți la gătit în drumeții, deoarece pentru eficientă termică. prelucrarea alimentelor în Într-un astfel de caz, mult mai mult timp decât în ​​condiții normale. La altitudini de aproximativ 7000 m, punctul de fierbere al apei atinge , ceea ce face imposibilă gătirea multor produse în astfel de condiții.

Unele tehnologii de separare a substanțelor se bazează pe faptul că punctele de fierbere ale diferitelor substanțe sunt diferite. De exemplu, dacă luăm în considerare încălzirea uleiului, care este un lichid complex format din multe componente, atunci în procesul de fierbere poate fi împărțit în mai multe substanțe diferite. ÎN acest caz, datorită faptului că punctele de fierbere ale kerosenului, benzinei, naftei și păcurului sunt diferite, acestea pot fi separate unele de altele prin vaporizare și condensare la temperaturi diferite. Acest proces este de obicei denumit fracţionare (Fig. 3).

Orez. 3 Separarea uleiului în fracții ()

Ca orice proces fizic, fierberea trebuie caracterizată folosind o anumită valoare numerică, o astfel de valoare se numește căldură specifică de vaporizare.

Pentru a înțelege sens fizic această valoare, luați în considerare exemplul următor: să luăm 1 kg de apă și să-l aducem la punctul de fierbere, apoi să măsurăm de câtă căldură este necesară pentru a evapora complet această apă (excluzând pierderile de căldură) - această valoare va fi egală cu căldura specifică de vaporizare a apei. Pentru o altă substanță, această valoare a căldurii va fi diferită și va fi căldura specifică de vaporizare a acestei substanțe.

Căldura specifică de vaporizare este foarte caracteristică importantă V tehnologii moderne producerea metalelor. Se dovedește că, de exemplu, în timpul topirii și evaporării fierului, urmate de condensarea și solidificarea acestuia, se formează o rețea cristalină cu o structură care oferă o rezistență mai mare decât proba originală.

Desemnare: căldură specifică de vaporizare și condensare (uneori notată ).

Unitate: .

Căldura specifică de vaporizare a substanțelor este determinată prin experimente în condiții de laborator, iar valorile sale pentru substanțele principale sunt enumerate în tabelul corespunzător.

Această cunoaștere dispare rapid și, treptat, oamenii încetează să acorde atenție esenței fenomenelor familiare. Uneori este util să amintim cunoștințele teoretice.

Definiție

Ce este un furuncul? Acesta este un proces fizic în timpul căruia are loc o vaporizare intensă atât pe suprafața liberă a lichidului, cât și în interiorul structurii acestuia. Unul dintre semnele fierberii este formarea de bule, care constau din abur saturat și aer.

Este demn de remarcat existența unui astfel de lucru ca punctul de fierbere. Viteza de formare a aburului depinde și de presiune. Trebuie să fie permanent. De regulă, principala caracteristică a lichidului substanțe chimice este punctul de fierbere la presiunea atmosferică normală. Cu toate acestea, acest proces poate fi influențat și de factori precum intensitatea unde sonore, ionizare aer.

Etapele de fierbere ale apei

Aburul va începe cu siguranță să se formeze în timpul unei proceduri precum încălzirea. Fierberea presupune trecerea unui lichid prin 4 etape:

1. În partea de jos a vasului, precum și pe pereții acestuia, încep să se formeze mici bule. Acesta este rezultatul faptului că aerul este conținut în fisurile materialului din care este fabricat recipientul, care se extinde sub influența temperaturii ridicate.
2. Bulele încep să crească în volum, în urma căruia ies la suprafața apei. Dacă strat superior lichidul nu a atins încă punctul de fierbere, cavitățile se scufundă în fund, după care încep să se ridice din nou. Acest proces duce la formarea undelor sonore. De aceea putem auzi zgomot când apa fierbe.
3. Cel mai mare număr de bule plutește la suprafață, ceea ce creează impresia După aceea, lichidul devine palid. Datorită efectului vizual, această etapă a fierberii se numește „cheie albă”.
4. Există o fierbere intensă, care este însoțită de formarea de bule mari care izbucnesc rapid. Acest proces este însoțit de apariția stropilor, precum și de formarea intensă a aburului.

Căldura specifică de vaporizare

Aproape în fiecare zi ne confruntăm cu un astfel de fenomen precum fierberea. Căldura specifică de vaporizare este o mărime fizică care determină cantitatea de căldură. Cu ajutorul ei, o substanță lichidă poate fi transformată în abur. Pentru a calcula acest parametru, trebuie să împărțiți căldura de evaporare la masă.

Cum este măsurarea

Indicatorul specific este măsurat în laborator prin efectuarea de experimente adecvate. Acestea includ următoarele:

• se măsoară cantitatea necesară de lichid, care este apoi turnată în calorimetru;
• se efectuează o măsurătoare inițială a temperaturii apei;
• pe arzător se instalează un balon cu substanța de testat introdusă în prealabil;
• vaporii emiși de substanța de testat sunt lansați în calorimetru;
• se măsoară din nou temperatura apei;
• se cântărește calorimetrul, ceea ce face posibilă calcularea masei vaporilor condensați.

modul de fierbere cu bule

Tratând cu întrebarea ce este fierberea, este de remarcat faptul că are mai multe moduri. Deci, atunci când este încălzit, aburul se poate forma sub formă de bule. Ele cresc și izbucnesc periodic. Acest mod de fierbere se numește cu bule. De obicei, cavitățile umplute cu abur se formează exact la pereții vasului. Acest lucru se datorează faptului că de obicei sunt supraîncălzite. Acest conditie necesara pentru fierbere, pentru că altfel bulele se vor prăbuși, neatingând dimensiuni mari.

Modul de fierbere a filmului

Ce este un furuncul? Cel mai simplu mod de a explica acest proces este vaporizarea la o anumită temperatură și presiune constantă. Pe lângă modul cu bule, se distinge și un mod film. Esența sa constă în faptul că, atunci când fluxul de căldură crește, bulele individuale se unesc, formând un strat de vapori pe pereții vasului. Când se atinge un indicator critic, ele pătrund la suprafața apei. Acest mod de fierbere diferă prin faptul că gradul de transfer de căldură de la pereții vasului către lichidul în sine este redus semnificativ. Motivul pentru aceasta este același film de abur.

Temperatura de fierbere

Trebuie remarcat faptul că există o dependență a punctului de fierbere de presiunea care se exercită pe suprafața lichidului încălzit. Deci, este în general acceptat că apa fierbe când este încălzită la 100 de grade Celsius. Cu toate acestea, acest indicator poate fi considerat corect doar dacă indicatorul de presiune atmosferică este considerat normal (101 kPa). Dacă crește, punctul de fierbere se va schimba și el în sus. Deci, de exemplu, în oalele sub presiune populare, presiunea este de aproximativ 200 kPa. Astfel, punctul de fierbere crește cu 20 de puncte (până la 20 de grade).

Zonele muntoase pot fi considerate un exemplu de presiune atmosferică scăzută. Deci, având în vedere că acolo este destul de mic, apa începe să fiarbă la o temperatură de aproximativ 90 de grade. Locuitorii din astfel de zone trebuie să petreacă mult mai mult timp pregătind mâncarea. Deci, de exemplu, pentru a fierbe un ou, va trebui să încălzești apa cu cel puțin 100 de grade, altfel proteina nu se va coagul.

Punctul de fierbere al unei substanțe depinde de presiunea vaporilor de saturație. Efectul său asupra temperaturii este invers proporțional. De exemplu, mercurul fierbe când este încălzit la 357 de grade Celsius. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că presiunea vaporilor saturați este de numai 114 Pa (pentru apă, această cifră este de 101.325 Pa).

Fierbe în diferite condiții

În funcție de condițiile și starea lichidului, punctul de fierbere poate varia semnificativ. De exemplu, merită să adăugați sare în lichid. Ionii de clor și sodiu sunt localizați între moleculele de apă. Astfel, fierberea necesită un ordin de mărime mai multă energie și, în consecință, timp. În plus, o astfel de apă produce mult mai puțin abur.

Ibricul este folosit pentru a fierbe apa conditii de viata. Dacă se folosește un lichid pur, atunci temperatura acest proces este standardul de 100 de grade. În condiții similare, apa distilată fierbe. Cu toate acestea, va dura ceva mai puțin timp dacă țineți cont de absența impurităților străine.

Care este diferența dintre fierbere și evaporare

Ori de câte ori apa fierbe, aburul este eliberat în atmosferă. Dar aceste două procese nu pot fi identificate. Sunt doar modalități de vaporizare, care se produce în anumite condiții. Deci, fierberea este primul fel. Acest proces este mai intens decât datorită formării de pungi de abur. De asemenea, este de remarcat faptul că procesul de evaporare are loc exclusiv la suprafața apei. Fierberea se aplică întregului volum al lichidului.

De ce depinde evaporarea?

Evaporarea este procesul de transformare a unui lichid sau solid într-o stare gazoasă. Există o „zburare” a atomilor și moleculelor, a căror legătură cu restul particulelor este slăbită sub influența anumite condiții. Viteza de evaporare poate varia sub influența următorilor factori:

• suprafata lichida;
• temperatura substanței în sine, precum și a mediului;
• viteza de mișcare a moleculelor;
• tip de substanță.

Energia apei clocotite este utilizată pe scară largă de om în viața de zi cu zi. Acest proces a devenit atât de banal și familiar încât nimeni nu se gândește la natura și caracteristicile sale. Cu toate acestea, fierberea este asociată întreaga linie fapte interesante:

• Probabil, toată lumea a observat că există o gaură în capacul ceainicului, dar puțini oameni se gândesc la scopul său. Se face pentru a elibera parțial aburul. În caz contrar, apa poate stropi prin gura de scurgere.
• Timpul de gătire pentru cartofi, ouă și alte produse alimentare nu depinde de cât de puternic este încălzitorul. Singurul lucru care contează este cât timp au stat sub influența apei clocotite.
• Puterea dispozitivului de încălzire nu afectează un astfel de indicator precum punctul de fierbere. Poate afecta doar viteza de evaporare a lichidului.
• Fierberea nu înseamnă doar încălzirea apei. Acest proces poate provoca și înghețarea lichidului. Deci, în procesul de fierbere, este necesar să pompați aer în mod continuu din vas.
• Una dintre cele mai probleme reale pentru gospodine este că laptele poate „fuge”. Astfel, riscul acestui fenomen crește semnificativ în timpul deteriorării vremii, care este însoțită de o scădere a presiunii atmosferice.
• Cea mai fierbinte apă clocotită se obține în minele subterane adânci.
• Prin studii experimentale, oamenii de știință au reușit să stabilească că apa de pe Marte fierbe la o temperatură de 45 de grade Celsius.

Apa poate fierbe la temperatura camerei?

Prin calcule simple, oamenii de știință au reușit să stabilească că apa poate fierbe la nivelul stratosferei. Condiții similare pot fi recreate folosind pompă de vid. Cu toate acestea, un experiment similar poate fi efectuat în condiții mai simple, mai banale.

Se fierb 200 ml de apă într-un balon de litru, iar când recipientul este umplut cu abur, se închide ermetic și se ia de pe foc. După ce l-a pus peste cristalizator, trebuie să așteptați sfârșitul procesului de fierbere. În continuare, balonul se toarnă apă rece. După aceea, fierberea intensivă va începe din nou în recipient. Acest lucru se datorează faptului că, sub influența temperaturii scăzute, vaporii din partea superioară a balonului coboară.

Căldura specifică

Capacitatea termică specifică este cantitatea de căldură în Jouli (J) necesară pentru a crește temperatura unei substanțe. Capacitatea termică specifică este o funcție de temperatură. Pentru gaze, trebuie făcută o distincție între căldura specifică la presiune constantă și la volum constant.

Căldura specifică de fuziune

Căldura specifică de fuziune a unui solid este cantitatea de căldură în J necesară pentru a transforma 1 kg dintr-o substanță dintr-o stare solidă într-o stare lichidă la punctul de topire.

Căldura latentă de vaporizare

Căldura latentă de vaporizare a unui lichid este cantitatea de căldură în J necesară pentru a vaporiza 1 kg de lichid la punctul de fierbere. Căldura latentă de vaporizare este foarte dependentă de presiune. Exemplu: dacă se aplică căldură unui recipient care conține 1 kg de apă la 100°C (la nivelul mării), apa va absorbi 1023 kJ de căldură latentă fără nicio modificare a citirii termometrului. Cu toate acestea, va avea loc o schimbare a stării de agregare de la lichid la vapori. Căldura absorbită de apă se numește căldură latentă de vaporizare. Aburul va economisi 1023 kJ, deoarece această energie a fost necesară pentru a schimba starea de agregare.

Căldura latentă de condensare

În procesul invers, atunci când căldura este îndepărtată de la 1 kg de vapori de apă la 100°C (la nivelul mării), aburul va elibera 1023 kJ de căldură fără a modifica citirile termometrului. Cu toate acestea, va avea loc o schimbare a stării de agregare de la vapori la lichid. Căldura absorbită de apă se numește căldură latentă de condensare.

1. Temperatura si presiunea

Măsurători termice

Temperatura sau INTENSITATEA căldurii se măsoară cu un termometru. Cele mai multe temperaturi din acest manual sunt date în grade Celsius (C), dar uneori sunt folosite și grade Fahrenheit (F). Valoarea temperaturii spune doar despre intensitatea căldurii sau CĂLDURA sensibilă, și nu despre cantitatea reală de căldură. Temperatura confortabilă pentru o persoană este în intervalul de la 21 la 27 ° C. În acest interval de temperatură, o persoană se simte cel mai confortabil. Când orice temperatură este peste sau sub acest interval, persoana o percepe ca fiind caldă sau rece. În știință, există conceptul de „zero absolut” - temperatura la care toată căldura este îndepărtată din corp. Temperatura zero absolut este definită ca -273°C. Orice substanță la o temperatură peste zero absolut conține o anumită cantitate de căldură. Pentru a înțelege elementele de bază ale aerului condiționat, este, de asemenea, necesar să înțelegem relația dintre presiune, temperatură și starea de agregare. Planeta noastră este înconjurată de aer, cu alte cuvinte de gaz. Presiunea dintr-un gaz este transmisă în mod egal în toate direcțiile. Gazul din jurul nostru este 21% oxigen și 78% azot. Restul de 1% este ocupat de alte gaze rare. Această combinație de gaze se numește atmosferă. Se întinde la câteva sute de kilometri deasupra suprafeței pământului și este ținut împreună de forța gravitației. La nivelul mării, presiunea atmosferică este de 1,0 bar, iar punctul de fierbere al apei este de 100°C. În orice punct deasupra nivelului mării, presiunea atmosferică este mai mică, iar punctul de fierbere al apei este, de asemenea, mai scăzut. Când presiunea este redusă la 0,38 bar, punctul de fierbere al apei este de 75°C, iar la o presiune de 0,12 bar - 50°C. Dacă punctul de fierbere al apei este afectat de o scădere a presiunii, este logic să presupunem că și o creștere a presiunii îl va afecta. Un exemplu este un cazan cu abur!

Informații suplimentare: cum se transformă grade Fahrenheit în grade Celsius și invers: C = 5/9 × (F - 32). F = (9/5 × C)+32. Kelvin = C + 273. Rankine = F + 460.

În această lecție, vom acorda atenție unui astfel de tip de vaporizare precum fierberea, vom discuta diferențele sale față de procesul de evaporare considerat anterior, vom introduce o astfel de valoare precum punctul de fierbere și vom discuta de ce depinde acesta. La sfârșitul lecției, vom introduce o cantitate foarte importantă care descrie procesul de vaporizare - căldura specifică de vaporizare și condensare.

Subiect: Stări agregate ale materiei

Lecția: Se fierbe. Căldura specifică de vaporizare și condensare

În ultima lecție, am luat deja în considerare unul dintre tipurile de vaporizare - evaporarea - și am evidențiat proprietățile acestui proces. Astăzi vom discuta despre un astfel de tip de vaporizare precum procesul de fierbere și vom introduce o valoare care caracterizează numeric procesul de vaporizare - căldura specifică de vaporizare și condensare.

Definiție.Fierbere(Fig. 1) este un proces de tranziție intensivă a unui lichid într-o stare gazoasă, însoțit de formarea de bule de vapori și care are loc în volumul lichidului la o anumită temperatură, care se numește punct de fierbere.

Să comparăm două tipuri de vaporizare între ele. Procesul de fierbere este mai intens decât procesul de evaporare. În plus, după cum ne amintim, procesul de evaporare are loc la orice temperatură peste punctul de topire, iar procesul de fierbere - strict la o anumită temperatură, care este diferită pentru fiecare dintre substanțe și se numește punctul de fierbere. De asemenea, trebuie menționat că evaporarea are loc numai de pe suprafața liberă a lichidului, adică din zona care îl delimitează de gazele din jur, iar fierberea are loc imediat din întregul volum.

Să luăm în considerare cursul procesului de fierbere mai detaliat. Să ne imaginăm o situație pe care mulți dintre noi am întâlnit-o în mod repetat - aceasta este încălzirea și fierberea apei într-un anumit vas, de exemplu, într-o cratiță. În timpul încălzirii, o anumită cantitate de căldură va fi transferată apei, ceea ce va duce la o creștere a energiei sale interne și la o creștere a activității mișcării moleculare. Acest proces va continua până la o anumită etapă, până când energia mișcării moleculare devine suficientă pentru a începe să fiarbă.

Gazele dizolvate (sau alte impurități) sunt prezente în apă, care sunt eliberate în structura acesteia, ceea ce duce la așa-numita apariție a centrelor de vaporizare. Adică, în aceste centre se eliberează aburul și se formează bule în întregul volum de apă, care sunt observate în timpul fierberii. Este important să înțelegeți că aceste bule nu sunt aer, ci abur, care se formează în timpul procesului de fierbere. După formarea bulelor, cantitatea de vapori din ele crește și încep să crească în dimensiune. Adesea, bulele se formează inițial lângă pereții vasului și nu se ridică imediat la suprafață; mai întâi, ei, crescând în dimensiune, sunt sub influența forței în creștere a lui Arhimede, apoi se desprind de zid și se ridică la suprafață, unde izbucnesc și eliberează o porțiune de abur.

Trebuie remarcat faptul că nu toate bulele de abur ajung la suprafața liberă a apei deodată. La începutul procesului de fierbere, apa este încă departe de a fi încălzită uniform, iar straturile inferioare, lângă care are loc procesul de transfer de căldură, sunt chiar mai fierbinți decât cele superioare, chiar și ținând cont de procesul de convecție. Aceasta duce la faptul că bulele de abur care se ridică de dedesubt se prăbușesc din cauza fenomenului de tensiune superficială, neatingând încă la suprafața liberă a apei. În același timp, aburul care se afla în interiorul bulelor trece în apă, încălzindu-l suplimentar și accelerând procesul de încălzire uniformă a apei pe tot volumul. Ca urmare, atunci când apa este încălzită aproape uniform, aproape toate bulele de abur încep să ajungă la suprafața apei și începe procesul de vaporizare intensă.

Este important de subliniat faptul că temperatura la care are loc procesul de fierbere rămâne neschimbată chiar dacă intensitatea alimentării cu căldură a lichidului este crescută. Cu cuvinte simple, dacă adăugați gaz la arzător în timpul procesului de fierbere, care încălzește oala cu apă, acest lucru va crește doar intensitatea fierberii și nu va crește temperatura lichidului. Dacă ne aprofundăm mai serios în procesul de fierbere, este de remarcat faptul că există zone în apă în care aceasta poate fi supraîncălzită peste punctul de fierbere, dar amploarea unei astfel de supraîncălziri, de regulă, nu depășește unul sau câteva grade și este nesemnificativă în volumul total al lichidului. Punctul de fierbere al apei la presiune normală este de 100°C.

În procesul de fierbere a apei, puteți observa că este însoțită de sunete caracteristice așa-numitului clocot. Aceste sunete apar doar din cauza procesului descris de colaps al bulelor de abur.

Procesele de fierbere a altor lichide se desfășoară în același mod ca și fierberea apei. Principala diferență în aceste procese este diferitele puncte de fierbere ale substanțelor, care la presiunea atmosferică normală sunt deja măsurate în valori tabelare. Să indicăm principalele valori ale acestor temperaturi în tabel.

Un fapt interesant este că punctul de fierbere al lichidelor depinde de valoarea presiunii atmosferice, motiv pentru care am indicat că toate valorile din tabel sunt date la presiunea atmosferică normală. Când presiunea aerului crește, crește și punctul de fierbere al lichidului, iar când scade, dimpotrivă, scade.

Această dependență a punctului de fierbere de presiunea ambientală stă la baza principiului de funcționare a unui aparat de bucătărie atât de cunoscut ca o oală sub presiune (Fig. 2). Este o tigaie cu capac etanș, sub care, în procesul de vaporizare a apei, presiunea aerului cu abur atinge valori de până la 2 presiuni atmosferice, ceea ce duce la creșterea punctului de fierbere al apei în ea. la . Din această cauză, apa cu alimente în ea are posibilitatea să se încălzească la o temperatură mai mare decât de obicei (), iar procesul de gătire este accelerat. Din cauza acestui efect, dispozitivul și-a primit numele.

Orez. 2. Oala sub presiune ()

Situația cu scăderea punctului de fierbere a unui lichid cu scăderea presiunii atmosferice are și un exemplu din viață, dar nu mai este cotidian pentru mulți oameni. Acest exemplu se aplică călătoriilor alpiniștilor în zonele muntoase. Se dovedește că într-o zonă situată la o altitudine de 3000-5000 m, punctul de fierbere al apei, din cauza scăderii presiunii atmosferice, scade la valori și mai mici, ceea ce duce la dificultăți la gătit în drumeții, deoarece pentru eficientă termică. prelucrarea alimentelor în În acest caz, este necesar un timp mult mai lung decât în ​​condiții normale. La altitudini de aproximativ 7000 m, punctul de fierbere al apei atinge , ceea ce face imposibilă gătirea multor produse în astfel de condiții.

Unele tehnologii de separare a substanțelor se bazează pe faptul că punctele de fierbere ale diferitelor substanțe sunt diferite. De exemplu, dacă luăm în considerare încălzirea uleiului, care este un lichid complex format din multe componente, atunci în procesul de fierbere poate fi împărțit în mai multe substanțe diferite. În acest caz, datorită faptului că punctele de fierbere ale kerosenului, benzinei, naftei și păcurului sunt diferite, acestea pot fi separate unele de altele prin vaporizare și condensare la temperaturi diferite. Acest proces este de obicei denumit fracţionare (Fig. 3).

Orez. 3 Separarea uleiului în fracții ()

Ca orice proces fizic, fierberea trebuie caracterizată folosind o anumită valoare numerică, o astfel de valoare se numește căldură specifică de vaporizare.

Pentru a înțelege semnificația fizică a acestei cantități, luați în considerare următorul exemplu: luați 1 kg de apă și aduceți-l la punctul de fierbere, apoi măsurați câtă căldură este necesară pentru a evapora complet această apă (excluzând pierderile de căldură) - această valoare va să fie egală cu căldura specifică de vaporizare a apei. Pentru o altă substanță, această valoare a căldurii va fi diferită și va fi căldura specifică de vaporizare a acestei substanțe.

Căldura specifică de vaporizare se dovedește a fi o caracteristică foarte importantă în tehnologiile moderne de producere a metalelor. Se dovedește că, de exemplu, în timpul topirii și evaporării fierului, urmate de condensarea și solidificarea acestuia, se formează o rețea cristalină cu o structură care oferă o rezistență mai mare decât proba originală.

Desemnare: căldură specifică de vaporizare și condensare (uneori notată ).

Unitate: .

Căldura specifică de vaporizare a substanțelor este determinată prin experimente în condiții de laborator, iar valorile sale pentru substanțele principale sunt enumerate în tabelul corespunzător.