Kylläisen höyrynpaineen riippuvuus lämpötilasta. Kiehuminen - Tieto Hypermarket

Nesteen jäähdytyksen ilmiön käyttäminen haihtumisen aikana; veden kiehumispisteen riippuvuus paineesta.

Höyrystyessä aine siirtyy nestemäisestä tilasta kaasumaiseen tilaan (höyry). Höyrystystä on kahta tyyppiä: höyrystyminen ja kiehuva.

haihtuminen on höyrystyminen, joka tapahtuu nesteen vapaalta pinnalta.

Kuinka haihtuminen tapahtuu? Tiedämme, että minkä tahansa nesteen molekyylit ovat jatkuvassa ja satunnaisessa liikkeessä, osa liikkuu nopeammin, toiset hitaammin. Toistensa vetovoimat estävät heitä lentämästä pois. Jos kuitenkin nesteen pinnalle ilmestyy molekyyli, jolla on riittävän korkea kineettinen energia, niin se pystyy voittamaan molekyylien välisen vetovoiman ja lentämään pois nesteestä. Sama toistetaan toisen nopean molekyylin kanssa, toisen, kolmannen ja niin edelleen.Pahoin ulospäin nämä molekyylit muodostavat höyryä nesteen yläpuolelle. Tämän höyryn muodostuminen on haihtumista.

Koska nopeimmat molekyylit lentävät nesteestä haihtumisen aikana, nesteeseen jäävien molekyylien keskimääräinen kineettinen energia tulee yhä vähemmän. Tuloksena höyrystyvän nesteen lämpötila laskee: neste jäähdytetään. Siksi etenkin märissä vaatteissa oleva ihminen tuntuu kylmämmältä kuin kuivilta (etenkin tuulelta).

Samanaikaisesti kaikki tietävät, että jos kaatat vettä lasiin ja jätät sen pöydälle, niin se ei haihtuvuudesta huolimatta jäähty jatkuvasti, muuttuen kylmemmäksi, kunnes se jäätyy. Mikä estää tätä? Vastaus on hyvin yksinkertainen: veden lämmönvaihto lämmöllä, joka ympäröi lasia.

Nesteen jäähtyminen haihdutuksen aikana on huomattavampi silloin, kun haihtuminen tapahtuu riittävän nopeasti (niin, että nesteellä ei ole aikaa palauttaa lämpötilaansa lämmönvaihdon vuoksi ympäristöön). Haihtuvat nesteet, joissa molekyylien väliset vetovoimat ovat pieniä, haihtuvat nopeasti, esimerkiksi eetteri, alkoholi, bensiini. Jos tipat tällaisen nesteen kädellesi, meillä on kylmä. Haihtuminen käden pinnalta, tällainen neste jäähtyy ja ottaa siitä lämpöä.

Nopeasti haihtuvat aineet ovat laajalti käytössä tekniikassa. Esimerkiksi avaruusteknologiassa laskeutuvat ajoneuvot päällystetään sellaisilla aineilla. Kun kehon laite läpäisee planeetan ilmakehän, se lämpenee kitkan seurauksena ja sitä peittävä aine alkaa haihtua. Höyrystyvä, se jäähdyttää avaruusalusta ja säästää siten ylikuumenemiselta.

Veden jäähdytystä haihtumisensa aikana käytetään myös laitteissa ilman kosteuden mittaamiseen, psykrometrit (kreikkalaisesta "psychros" - kylmä). Psykrometri koostuu kahdesta lämpömittarista. Yksi niistä (kuiva) osoittaa ilman lämpötilan, ja toinen (jonka säiliö on sidottu veteen kastetun kambiinin kanssa) - matalampi lämpötila johtuen märän kambiinin haihtumisen voimakkuudesta. Mitä kuivempi mitattu kosteus on, sitä voimakkaampi haihtuminen ja sitä alhaisempi märän polttimon lukema. Ja päinvastoin, mitä korkeampi ilmankosteus, sitä vähemmän voimakas haihtuminen ja siksi korkeampi lämpötila tämä lämpömittari näyttää. Kuivien ja kostutettujen lämpömittarien lukemien perusteella määritetään ilmakosteus ilmaistuna prosentteina erityistä (psykrometristä) taulukkoa käyttämällä. Suurin kosteus on 100% (tällaisen kosteuden ollessa esineitä esiintyy kaste). Ihmisille suotuisimman kosteuden katsotaan olevan välillä 40 - 60%.

Yksinkertaisten kokeiden avulla on helppo todeta, että haihtumisnopeus kasvaa nesteen lämpötilan noustessa, samoin kuin sen vapaan pinnan lisääntyessä ja tuulen ollessa läsnä.

Miksi neste haihtuu nopeammin tuulen mukana? Tosiasia, että samanaikaisesti nesteen pinnalla tapahtuvan haihtumisen kanssa tapahtuu myös käänteinen prosessi - tiivistyminen... Kondensoituminen tapahtuu, koska osa höyrymolekyyleistä, jotka liikkuvat satunnaisesti nesteen yläpuolella, palaavat siihen uudelleen. Tuuli kuljettaa nesteestä vapautuneet molekyylit pois eikä anna niiden palata takaisin.

Kondensoitumista voi tapahtua myös, kun höyry ei ole kosketuksessa nesteen kanssa. Esimerkiksi kondensaatio selittää pilvien muodostumisen: maanpinnan yläpuolella nousevat vesihöyryn molekyylit ilmakehän kylmempiin kerroksiin ryhmitellään pieniksi vesipisaroiksi, joiden kerääntymiset ovat pilviä. Vesihöyryn tiivistyminen ilmakehään johtaa myös sateeseen ja kasteeseen.

Kiehumispiste verrattuna paineeseen

Veden kiehumispiste on 100 ° C; voi ajatella, että tämä on veden luontainen ominaisuus, että vesi kiehuu aina 100 ° C: ssa, missä ja missä olosuhteissa se on.

Mutta tämä ei ole niin, ja korkeiden vuoristokylyjen asukkaat tietävät tämän hyvin.

Elbrusin huipun lähellä on turistitalo ja tiedeasema. Aloittelijat ihmettelevät joskus "kuinka vaikeaa on keittää munaa kiehuvassa vedessä" tai "miksi kiehuva vesi ei pala". Näissä olosuhteissa heille kerrotaan, että vesi kiehuu Elbruksen yläosassa jo 82 ° C: ssa.

Mikä täällä on? Mikä fysikaalinen tekijä häiritsee kiehuvaa ilmiötä? Kuinka tärkeätä korkeus on?

Tämä fysikaalinen tekijä on nesteen pintaan vaikuttava paine. Sinun ei tarvitse kiivetä vuoren huipulle tarkistaaksesi sanotun totuuden.

Laittamalla lämmitetty vesi kellon alle ja pumppaamalla tai pumppaamalla ilmaa sieltä, voit varmistaa, että kiehumispiste nousee paineen kasvaessa ja laskee paineen laskiessa.

Vesi kiehuu 100 ° C: ssa vain tietyssä paineessa - 760 mm Hg. Taide. (tai 1 atm).

Kiehumispiste verrattuna painekäyrään on esitetty kuvassa. 4.2. Elbruksen yläosassa paine on 0,5 atm, ja tämä paine vastaa kiehumispistettä 82 ° C.

Kuva. 4.2

Mutta vedellä, jonka kiehumispiste on 10-15 mm Hg. Art., Voit jäähtyä kuumalla säällä. Tässä paineessa kiehumispiste laskee 10-15 ° C: seen.

Voit saada jopa "kiehuvaa vettä" jäätyvän veden lämpötilassa. Tätä varten sinun on alennettava paine 4,6 mm Hg: iin. Taide.

Mielenkiintoinen kuva voidaan havaita, jos asetat avoimen astian vedellä kellon alle ja pumppaat ilmaa. Pumppaus aiheuttaa veden kiehumisen, mutta keittäminen vaatii lämpöä. Sitä ei ole missään nimessä, ja veden on annettava energiansa. Kiehuvan veden lämpötila alkaa laskea, mutta pumppauksen jatkuessa myös paine laskee. Siksi kiehuminen ei lopu, vesi jatkaa jäähtymistä ja lopulta jäätyy.

Tällainen kylmän veden kiehuminen tapahtuu paitsi ilman pumppaamisessa. Esimerkiksi, kun laivan potkuri pyörii, nopeasti metallipinnan lähellä nopeasti liikkuvan vesikerroksen paine laskee jyrkästi ja tämän kerroksen vesi kiehuu, ts. Siihen tulee useita höyryllä täytettyjä kuplia. Tätä ilmiötä kutsutaan kavitaatioksi (latinalaisesta sanasta cavitas - ontelo).

Laskemalla painetta alennamme kiehumispistettä. Ja kasvattaa sitä? Meidän vastainen kaavio vastaa tähän kysymykseen. 15 atm: n paine voi hidastaa veden kiehumista, se alkaa vain 200 ° C: ssa ja 80 atm: n paine saa veden kiehumaan vain 300 ° C: ssa.

Joten tietty kiehumispiste vastaa tiettyä ulkoista painetta. Mutta tämä lause voidaan myös "kääntää" sanomalla tämä: jokaisella veden kiehumispisteellä on oma erityinen paineensa. Tätä painetta kutsutaan höyrynpaineeksi.

Käyrä, joka kuvaa kiehumispistettä paineen suhteen, on myös höyrynpaine vs. lämpötilakäyrä.

Kiehumispistekuvaajaan (tai höyrynpainegraafiin) merkityt numerot osoittavat, että höyrynpaine muuttuu erittäin dramaattisesti lämpötilan mukana. 0 ° C: ssa (ts. 273 K) höyrynpaine on 4,6 mm Hg. Art., Lämpötilassa 100 ° C (373 K) se on 760 mm Hg. Art., Eli se kasvaa 165 kertaa. Kun lämpötila kaksinkertaistuu (0 ° C: sta, ts. 273 K: sta, 273 ° C: seen, ts. 546 K), höyrynpaine nousee 4,6 mm Hg: stä. Taide. melkein jopa 60 atm, ts. noin 10 000 kertaa.

Siksi päinvastoin, kiehumispiste muuttuu melko hitaasti paineen kanssa. Kun paine muuttuu puoleen 0,5 atm: sta 1 atm: iin, kiehumispiste nousee 82 ° C: sta (355 K) 100 ° C: seen (373 K) ja kun paine muuttuu puoleen välillä 1 - 2 atm - 100 ° C: sta (373 K) 120 ° C (393 K).

Sama käyrä, jota nyt tarkastelemme, ohjaa myös höyryn tiivistymistä (sakeutumista) veteen.

Höyry voidaan muuttaa vedeksi joko puristamalla tai jäähdyttämällä.

Sekä kiehumisen että kondensoitumisen aikana piste ei liiku käyrän kanssa, ennen kuin höyry muunnetaan vedeksi tai vedestä höyryksi. Tämä voidaan myös muotoilla seuraavasti: käyrämme olosuhteissa ja vain näissä olosuhteissa nesteen ja höyryn rinnakkaiselo on mahdollista. Jos tämä ei syötä tai poista lämpöä, suljetussa astiassa höyryn ja nesteen määrät pysyvät ennallaan. Tällaisen höyryn ja nesteen sanotaan olevan tasapainossa ja nesteen kanssa tasapainossa olevan höyryn kutsutaan kylläiseksi.

Kiehumis- ja kondensaatiokäyrällä on, kuten näemme, toinen merkitys: se on nesteen ja höyryn tasapainokäyrä. Tasapainokäyrä jakaa kaaviokentän kahteen osaan. Vasemmalla ja ylöspäin (kohti korkeampia lämpötiloja ja matalampia paineita) on alue, jolla on vakaa höyryn tila. Oikealla ja alas - nesteen stabiilin tilan alue.

Höyry-neste-tasapainokäyrä, toisin sanoen kiehumispisteen käyrä paineen suhteen tai, joka on sama, höyrynpaine lämpötilaan nähden, on suunnilleen sama kaikille nesteille. Joissakin tapauksissa muutos voi olla jonkin verran äkillinen, toisissa hieman hitaampi, mutta höyrynpaine kasvaa aina lämpötilan noustessa.

Olemme käyttäneet sanoja "kaasu" ja "höyry" monta kertaa. Nämä kaksi sanaa ovat melko tasavertaisia. Voimme sanoa: vesikaasu on vesihöyryä, happikaasu on happea nestehöyryä. Silti on olemassa tietty tapa käyttää näitä kahta sanaa. Koska olemme tottuneet tiettyyn suhteellisen pieneen lämpötila-alueeseen, käytämme sanaa "kaasu" yleensä niihin aineisiin, joiden höyrynpaine tavallisissa lämpötiloissa on korkeampi kuin ilmanpaine. Päinvastoin, puhumme höyrystä, kun huoneenlämpötilassa ja ilmanpaineessa aine on stabiilimpi nestemuodossa.

"Ja älykkään ihmisen tulisi joskus ajatella" Gennady Malkin

Arkielämässä, esimerkiksi autoklaavin avulla, voidaan jäljittää veden kiehumispisteen riippuvuus paineesta. Oletetaan, että tuotteen valmistamiseksi ja kaikkien vaarallisten eläinten, mukaan lukien botulismin itiöt, tuhoamiseksi tarvitsemme lämpötilaa 120 ° C. Et voi saada sellaista lämpötilaa yksinkertaisessa kattilassa, vesi kiehuu vain 100 ° C: ssa. Aivan oikein, ilmanpaineessa 1 kgf / cm² (760 mm Hg) vesi kiehuu 100 ° C: ssa. Lyhyesti sanottuna meidän on tehtävä ilmatiivis astia pannusta, ts. Autoklaavista. Taulukon avulla määritetään paine, jolla vesi kiehuu 120 ° C: ssa. Tämä paine on yhtä suuri kuin 2 kgf / cm². Mutta tämä on ehdoton paine, ja tarvitsemme mittaripainetta, suurin osa mittarista osoittaa ylipainetta. Koska absoluuttinen paine on yhtä suuri kuin ylimäärän (P g) ja ilmanpaineen (P bar) summa, ts. R abs. \u003d Rf. + P-bar, sitten autoklaavin ylipaineen on oltava vähintään P g \u003d P abs. - R-palkki. \u003d 2-1 \u003d 1 kgf / cm2. Tämän näemme yllä olevassa kuvassa. Toimintaperiaate on siinä, että 0,1 MPa ylipaineen injektiosta johtuen. Kuumennettaessa säilykkeiden sterilointilämpötila nousee 110 - 120 ° C: seen, ja autoklaavin sisällä oleva vesi ei kiehu.

Veden kiehumispisteen riippuvuus paineesta on esitetty V. P. Vukalovichin taulukossa

V. P. Vukalovichin pöytä

P on absoluuttinen paine atm: na, kgf / cm2; t on lämpötila noin C; i / on kiehuvan veden entalpia, kcal / kg; i // - kuivan tyydytetyn höyryn entalpia, kcal / kg; r - piilevä höyrystymislämpö, \u200b\u200bkcal / kg.

Veden kiehumispisteen riippuvuus paineesta on suoraan verrannollinen, ts. Mitä korkeampi paine, sitä korkeampi kiehumispiste. Tämän riippuvuuden ymmärtämiseksi sinua pyydetään vastaamaan seuraaviin kysymyksiin:

1. Mikä on ylikuumennettu vesi? Mikä on korkein mahdollinen veden lämpötila kattilahuoneessasi?

2. Mikä määrittää paineen, jolla kattilasi toimii?

3. Anna esimerkkejä veden kiehumispisteen riippuvuuden käytöstä kattilahuoneesi paineesta.

4. Vesilämmitysverkkojen hydraulisten iskujen syyt. Miksi omakotitalon paikallisissa lämmitysjärjestelmissä on halkeilevaa ääntä ja miten sitä voidaan välttää?

5. Lopuksi, mikä on piilevä lämpö höyrystymisessä? Miksi koemme tietyissä olosuhteissa sietämätöntä lämpöä venäläisessä kylpössä ja poistumme höyryhuoneesta. Vaikka lämpötila höyrysaunassa on enintään 60 ° C.

Kiehuminen on prosessi, jolla aineen aggregaatiotilaa muutetaan. Kun puhumme vedestä, tarkoitamme muutosta nestemäisestä tilasta höyrytilaan. On tärkeää huomata, että kiehuminen ei ole haihtumista, jota voi tapahtua jopa huoneenlämpötilassa. Ei pidä sekoittaa myös kiehuvaan keittämiseen, joka on veden kuumennus tiettyyn lämpötilaan. Nyt kun olemme keksineet käsitteet, voimme määrittää, missä lämpötilassa vesi kiehuu.

Prosessi

Juuri prosessi aggregaation tilan muuttamiseksi nestemäisestä kaasumaiseksi on monimutkainen. Vaikka ihmiset eivät näe sitä, siinä on 4 vaihetta:

1. Ensimmäisessä vaiheessa kuumennetun astian pohjaan muodostuu pieniä kuplia. Ne näkyvät myös veden sivuilla tai pinnalla. Ne muodostuvat ilmakuplien laajentuessa, joita on aina läsnä säiliön halkeamissa, joissa vettä lämmitetään.
2. Toisessa vaiheessa kuplien tilavuus kasvaa. Kaikki ne alkavat repeytyä pintaan, koska ne sisältävät tyydyttynyttä höyryä, joka on vettä kevyempi. Lämmityslämpötilan noustessa kuplien paine kasvaa ja ne työntyvät pintaan Archimedesin tunnetun voiman vuoksi. Samalla voit kuulla ominaisen kiehuvan äänen, joka muodostuu kuplien jatkuvan laajenemisen ja pienentymisen vuoksi.
3. Kolmannessa vaiheessa pinnalla voidaan nähdä suuri määrä kuplia. Tämä luo aluksi sameaa vettä. Tätä prosessia kutsutaan kansan nimellä "valkoisen avaimen kiehuvaksi", ja se kestää lyhyen ajan.
4. Neljännessä vaiheessa vesi kiehuu voimakkaasti, pintaan ilmaantuu suuria puhkeilevia kuplia ja roiskeita voi ilmestyä. Roiskeet tarkoittaa useimmiten sitä, että neste on saavuttanut maksimilämpötilan. Höyry alkaa tulla ulos vedestä.

On tunnettua, että vesi kiehuu 100 asteen lämpötilassa, mikä on mahdollista vain neljännessä vaiheessa.

Höyryn lämpötila

Höyry on yksi veden tiloista. Kun se tulee ilmaan, se, kuten muutkin kaasut, painostaa sitä. Höyrystymisen aikana höyryn ja veden lämpötilat pysyvät vakiona, kunnes koko neste muuttaa aggregaatiotilaansa. Tämä ilmiö selittyy sillä, että kiehumisen aikana kaikki energia kuluu veden muuntamiseen höyryksi.

Kiehumisen alussa muodostuu kosteaa kylläistä höyryä, joka kaiken nesteen haihduttamisen jälkeen tulee kuivaksi. Jos sen lämpötila alkaa ylittää veden lämpötilan, niin tällainen höyry lämmitetään ja ominaisuuksiensa perusteella se on lähempänä kaasua.

Suolan veden kiehuminen

On tarpeeksi mielenkiintoista tietää, missä lämpötilassa kiehuu vesi, jolla on korkea suolapitoisuus. Tiedetään, että sen tulisi olla korkeampi johtuen Na +- ja Cl-ionien pitoisuuksista koostumuksessa, joka vie alueen vesimolekyylien väliin. Näin veden ja suolan kemiallinen koostumus eroaa tavallisesta tuoreesta nesteestä.

Tosiasia on, että suolavedessä tapahtuu hydraatioreaktio - prosessi vesimolekyylien kiinnittämiseksi suola-ioneihin. Side makean veden molekyyleistä on heikompaa kuin ne, jotka muodostuvat hydraation aikana, joten nesteen kiehuminen liuenneen suolan kanssa vie kauemmin. Lämpötilan noustessa suolaa sisältävän veden molekyylit liikkuvat nopeammin, mutta niitä on vähemmän, mikä tekee niiden välisistä törmäyksistä harvempia. Seurauksena on, että höyryä syntyy vähemmän, ja sen paine on siten alhaisempi kuin makean veden höyrynpaine. Näin ollen täydellisen höyryn tuottamiseksi tarvitaan enemmän energiaa (lämpötila). Keskimäärin keittääksesi yhden litran vettä, joka sisältää 60 grammaa suolaa, on tarpeen nostaa kiehuvaa vettä 10% (eli 10 ° C).

Kiehumispaine verrattuna paineeseen

Tiedetään, että vuorilla kiehumispiste on alhaisempi veden kemiallisesta koostumuksesta riippumatta. Tämä johtuu siitä, että ilmakehän paine on alhaisempi korkeudessa. Paineen arvo 101,325 kPa pidetään normaalina. Sen kanssa veden kiehumispiste on 100 celsiusastetta. Mutta jos siirryt vuorelle, jossa paine on keskimäärin 40 kPa, siellä oleva vesi kiehuu lämpötilassa 75,88 C. Mutta tämä ei tarkoita, että ruoanlaittoon vuorilla täytyy viettää melkein puolet ajasta. Tuotteiden lämpökäsittelyyn vaaditaan tietty lämpötila.

Uskotaan, että 500 metrin korkeudessa merenpinnan yläpuolella vesi kiehuu 98,3 C: ssa ja 3000 metrin korkeudessa kiehumislämpötila on 90 ° C.

Huomaa, että tämä laki toimii myös vastakkaiseen suuntaan. Jos laitat nestettä suljettuun pulloon, jonka läpi höyry ei pääse läpi, lämpötilan noustessa ja höyryn muodostuessa paine tässä pullossa nousee, ja keittäminen korotetussa paineessa tapahtuu korkeammassa lämpötilassa. Esimerkiksi 490,3 kPa: n paineessa veden kiehumispiste on 151 C.

Tislattua vettä kiehuva

Tislattu vesi on puhdistettua vettä, joka ei sisällä epäpuhtauksia. Sitä käytetään usein lääketieteellisiin tai teknisiin tarkoituksiin. Koska tällaisessa vedessä ei ole epäpuhtauksia, sitä ei käytetä ruoanlaittoon. On mielenkiintoista huomata, että tislattu vesi kiehuu nopeammin kuin tavallinen makea vesi, mutta kiehumispiste pysyy samana - 100 astetta. Kiehumisaikaero on kuitenkin minimaalinen - vain sekunnin jakso.

Teekannu

Usein ihmiset ovat kiinnostuneita lämpötilasta, jossa vedenkeittimen vesi kiehuu, koska ne käyttävät näitä laitteita nesteen kiehuttamiseen. Kun otetaan huomioon se tosiasia, että asunnon ilmanpaine on yhtä suuri kuin normaali, ja käytetty vesi ei sisällä suoloja ja muita epäpuhtauksia, joita ei pitäisi olla siellä, kiehumislämpötila on myös vakio - 100 astetta. Mutta jos vesi sisältää suolaa, kiehumispiste, kuten jo tiedämme, on korkeampi.

johtopäätös

Nyt tiedät, missä lämpötilassa vesi kiehuu ja kuinka ilmakehän paine ja nestekoostumus vaikuttavat tähän prosessiin. Tässä ei ole mitään vaikeaa, ja lapset saavat tällaista tietoa koulussa. Tärkeintä on muistaa, että paineen laskiessa myös nesteen kiehumispiste laskee ja sen noustessa se myös kasvaa.

Internetistä löydät monia erilaisia \u200b\u200btaulukoita, jotka osoittavat nesteen kiehumispisteen riippuvuuden ilmanpaineesta. Ne ovat kaikkien saatavilla, ja koululaiset, opiskelijat ja jopa opettajat käyttävät niitä aktiivisesti instituuteissa.

Yllä olevista päätelmistä käy selvästi ilmi, että nesteen kiehumispisteen tulisi riippua ulkoisesta paineesta. Havainnot vahvistavat tämän.

Mitä korkeampi ulkoinen paine, sitä korkeampi kiehumispiste. Siksi höyrykattilassa paineessa 1,6 · 10 6 Pa vesi ei kiehu edes 200 ° C: n lämpötilassa. Lääketieteellisissä laitoksissa vettä kiehuu myös ilmatiiviisti suljetuissa astioissa - autoklaaveissa (kuva 6.11) lisääntyneessä paineessa. Siksi kiehumispiste on huomattavasti korkeampi kuin 100 ° C. Autoklaaveja käytetään steriloimaan kirurgiset instrumentit, sidokset jne.

Toisaalta alentamalla ulkoista painetta alennamme siten kiehumispistettä. Ilmapumpun soiton alla voit vettä kiehua huoneenlämpötilassa (kuva 6.12). Vuorikiipeilyssä ilmakehän paine laskee, joten kiehumispiste laskee. 7134 m: n korkeudessa (Leninin piikki Pamirsissa) paine on suunnilleen yhtä suuri kuin 4 · 10 4 Pa \u200b\u200b(300 mm Hg). Vesi kiehuu siellä noin 70 ° C: ssa. Esimerkiksi lihaa ei voida keittää näissä olosuhteissa.

Kuvio 6.13 esittää käyrän veden kiehumispisteen riippuvuudesta ulkoisesta paineesta. On helppo ymmärtää, että tämä käyrä on samalla käyrä, joka ilmaisee tyydyttyneen vesihöyryn paineen riippuvuuden lämpötilasta.

Nesteiden kiehumispisteiden ero

Jokaisella nesteellä on oma kiehumispiste. Nesteiden kiehumispisteiden välinen ero määritetään niiden kyllästetyn höyryn paine-erolla samassa lämpötilassa. Esimerkiksi eetterihöyryn paine on jo huoneenlämpötilassa yli puolet ilmakehän paineesta. Siksi, jotta eetterin höyrynpaine muuttuu yhtä suureksi kuin ilmakehän paine, tarvitaan lämpötilan vähäistä nousua (35 ° C: seen saakka). Elohopeassa tyydyttyneiden höyryjen paine huoneenlämpötilassa on ehdottoman vähäinen. Elohopean höyrynpaine tulee yhtä suureksi kuin ilmakehän lämpötilan noustessa huomattavasti (jopa 357 ° C: seen). Elohopea kiehuu tässä lämpötilassa, jos ulkoinen paine on 105 Pa.

Aineiden kiehumispisteiden eroa käytetään laajasti tekniikassa, esimerkiksi öljytuotteiden erotuksessa. Kun öljyä kuumennetaan, arvokkaimmat, haihtuvat osat (bensiini) haihtuvat ensinnäkin, mikä voidaan siten erottaa "raskaista" jäännöksistä (öljyt, polttoöljyt).

Neste kiehuu, kun sen tyydyttyneen höyryn paine on yhtä suuri kuin nesteen sisällä oleva paine.

§ 6.6. Höyrystymislämpö

Kuluttaako energiaa nesteen muuntamiseksi höyryksi? Luultavasti kyllä! Eikö olekin?

Olemme havainneet (katso § 6.1), että nesteen haihtumiseen liittyy sen jäähdytys. Höyrystyvän nesteen lämpötilan pitämiseksi muuttumattomana on tarpeen toimittaa lämpöä ulkopuolelta. Tietenkin, lämpö itsessään voi siirtyä nesteisiin ympäröivistä kappaleista. Siten lasissa oleva vesi haihtuu, mutta veden lämpötila, joka on jonkin verran matalampi kuin ympäröivän ilman lämpötila, pysyy muuttumattomana. Lämpö siirretään ilmasta veteen, kunnes kaikki vesi on haihtunut.

Jotta vesi (tai muu neste) kiehuu, siihen on myös syötettävä jatkuvasti lämpöä, esimerkiksi se on lämmitettävä polttimella. Tässä tapauksessa veden ja astian lämpötila ei nouse, mutta tietty määrä höyryä syntyy joka sekunti.

Siksi tarvitaan lämpöä, jotta neste muunnetaan höyryksi haihduttamalla tai keittämällä. Lämpömäärää, joka tarvitaan tietyn nestemassan muuttamiseksi saman lämpötilan höyryksi, kutsutaan tämän nesteen höyrystymislämpöksi.

Mihin kehon kuluttama energia kuluu? Ensinnäkin sen sisäisen energian lisäämiseksi siirtymisen aikana nesteestä kaasumaiseen tilaan: loppujen lopuksi tämä lisää aineen tilavuutta nesteen tilavuudesta tyydyttyneen höyryn tilavuuteen. Näin ollen keskimääräinen etäisyys molekyylien välillä kasvaa ja siten niiden potentiaalienergia.

Lisäksi, kun aineen tilavuus kasvaa, työtä tehdään ulkoisen paineen voimia vastaan. Tämä osa huoneenlämpötilassa tapahtuvasta höyrystymislämmöstä on yleensä muutama prosentti höyrystymisen kokonaislämpöä.

Höyrystymislämpö riippuu nestetyypistä, sen massasta ja lämpötilasta. Höyrystymislämmön riippuvuudelle nestetyypistä on ominaista arvo, jota kutsutaan höyrystymisen ominaislämpöksi.

Tietyn nesteen erityinen höyrystymislämpö on nesteen höyrystymislämpö suhteessa sen massaan:

(6.6.1)

missä r - nesteen erityinen höyrystymislämpö; t- nesteen massa; Q n - sen höyrystymislämpö. Spesifisen höyrystymislämmön SI-yksikkö on joulea kiloa kohti (J / kg).

Veden höyrystymisen ominaislämpö on erittäin korkea: 2,256 · 10 6 J / kg 100 ° C lämpötilassa. Muiden nesteiden (alkoholi, eetteri, elohopea, petroli jne.) Ominainen höyrystymislämpö on 3–10 kertaa vähemmän.

kiehuva on höyrystyminen, joka tapahtuu samanaikaisesti pinnasta ja koko nesteen tilavuuden. Se koostuu siitä tosiasiasta, että lukuisat kuplat nousevat ja räjähtävät, aiheuttaen luonteenomaista turvotusta.

Kokemus osoittaa, että nesteen kiehuminen tietyssä ulkoisessa paineessa alkaa melko määrätyssä lämpötilassa, joka ei muutu kiehuessa ja voi tapahtua vain, kun energiaa syötetään ulkopuolelta lämmönvaihdon seurauksena (kuva 1):

missä L on erityinen höyrystymislämpö kiehumispisteessä.

Kiehumismekanismi: Nesteessä on aina liuennut kaasu, jonka liukenemisaste laskee lämpötilan noustessa. Lisäksi astian seinämiin on adsorboitunut kaasu. Kun nestettä lämmitetään alhaalta (kuva 2), kaasu alkaa kehittyä kuplien muodossa astian seinämissä. Neste haihtuu näihin kupleihin. Siksi ne sisältävät ilman lisäksi tyydyttyneitä höyryjä, joiden paine nousee nopeasti lämpötilan noustessa, ja kuplien tilavuus kasvaa, ja siksi niihin vaikuttavat Archimedes-voimat lisääntyvät. Kun kelluvuusvoima tulee suuremmaksi kuin kuplan painovoima, se alkaa kellua. Mutta kunnes neste on lämmitetty tasaisesti, kuplan noustessa, kuplan tilavuus pienenee (tyydyttyneen höyryn paine pienenee lämpötilan laskiessa), ja kun kuplia ei saavuteta vapaalle pinnalle, kuplat katoavat (romahtavat) (kuva 2, a), minkä vuoksi kuulemme ominaisen melun. keittämällä. Kun nesteen lämpötila tasataan, kuplan tilavuus kasvaa, kun se nousee, koska kylläinen höyrynpaine ei muutu, ja kuplaan kohdistuva ulkoinen paine, joka on nesteen hydrostaattisen paineen summa kuplan yläpuolella ja ilmakehän paine, laskee. Kupla saavuttaa nesteen vapaan pinnan, murtuu ja tyydyttynyt höyry tulee ulos (kuva 2, b) - neste kiehuu. Kuplien tyydyttynyt höyrynpaine on käytännössä yhtä suuri kuin ulkoinen paine.

Lämpötilaa, jossa nesteen tyydyttyneen höyryn paine on yhtä suuri kuin ulkoinen paine vapaalla pinnalla, kutsutaan kiehumispiste nesteitä.

Koska tyydyttyneen höyryn paine kasvaa lämpötilan noustessa ja kiehumisen aikana sen tulisi olla yhtä suuri kuin ulkoinen, niin kiertopiste nousee ulkoisen paineen kasvaessa.

Kiehumispiste riippuu myös epäpuhtauksien läsnäolosta, yleensä kasvaa epäpuhtauksien pitoisuuden kasvaessa.

Jos vapautat nesteen ensin siihen liuenneesta kaasusta, se voi ylikuumentua, ts. kuumuus kiehumispisteen yläpuolella. Tämä on epävakaa nestetila. Pieni ravistaminen riittää ja neste kiehuu, ja sen lämpötila laskee välittömästi kiehumispisteeseen.