Kako vrelište tekućine ovisi o tlaku? Vrenje i isparavanje vode. Ovisnost vrelišta o tlaku. Isparavanje čvrstih tvari

Korištenje fenomena hlađenja tekućine tijekom njenog isparavanja; ovisnost vrelišta vode o tlaku.

Tijekom isparavanja tvar prelazi iz tekućeg stanja u plinovito stanje (para). Postoje dvije vrste isparavanja: isparavanje i vrenje.

Isparavanje Isparavanje se događa sa slobodne površine tekućine.

Kako se odvija isparavanje? Znamo da su molekule bilo koje tekućine u kontinuiranom i kaotičnom kretanju, pri čemu se neke kreću brže, a druge sporije. Međusobne privlačne sile sprječavaju ih da izlete. Ako se, međutim, blizu površine tekućine pojavi molekula s dovoljno velikom kinetičkom energijom, tada ona može nadvladati sile međumolekulskog privlačenja i izletjeti iz tekućine. Ista stvar će se ponoviti s drugom brzom molekulom, s drugom, trećom itd. Izletjevši, te molekule stvaraju paru iznad tekućine. Nastanak ove pare je isparavanje.

Budući da najbrže molekule izlete iz tekućine tijekom isparavanja, prosječna kinetička energija molekula koje ostaju u tekućini postaje sve manja. Kao rezultat temperatura tekućine koja isparava se smanjuje: tekućina se hladi. Zato je, posebice, čovjeku u mokroj odjeći hladnije nego u suhoj odjeći (osobito kad puše).

U isto vrijeme, svi znaju da ako ulijete vodu u čašu i ostavite je na stolu, tada se, unatoč isparavanju, neće stalno hladiti, postajući sve hladnija dok se ne smrzne. Što to sprječava? Odgovor je vrlo jednostavan: izmjena topline vode s toplim zrakom koji okružuje staklo.

Hlađenje tekućine tijekom isparavanja primjetnije je kada se isparavanje odvija dovoljno brzo (tako da tekućina nema vremena vratiti svoju temperaturu zbog izmjene topline s okolinom). Hlapljive tekućine brzo isparavaju, u kojima su sile međumolekularnog privlačenja male, na primjer, eter, alkohol, benzin. Kapnete li takvu tekućinu na svoju ruku, osjetit ćemo hladnoću. Isparavajući s površine ruke, takva tekućina će se ohladiti i oduzeti joj dio topline.

Tvari koje isparavaju naširoko se koriste u tehnici. Na primjer, u svemirskoj tehnologiji, vozila za spuštanje obložena su takvim tvarima. Prolazeći kroz atmosferu planeta, tijelo-aparat se zagrijava uslijed trenja, a tvar koja ga pokriva počinje isparavati. Isparavajući, hladi letjelicu, čime je spašava od pregrijavanja.

Hlađenje vode tijekom njenog isparavanja također se koristi u instrumentima za mjerenje vlažnosti zraka - psihrometri(od grčkog "psychros" - hladno). Psihrometar se sastoji od dva termometra. Jedan od njih (suhi) pokazuje temperaturu zraka, a drugi (čiji je rezervoar vezan kambrikom, spušten u vodu) - nižu temperaturu zbog intenziteta isparavanja iz mokrog kambrika. Što je zrak čija se vlažnost mjeri suvlji, to je isparavanje jače, a time i niže očitanje mokrog termometra. I obrnuto, što je veća vlažnost zraka, to je manje intenzivno isparavanje i stoga višu temperaturu pokazuje ovaj termometar. Na temelju očitanja suhog i mokrog termometra, pomoću posebne (psihrometrijske) tablice, određuje se vlažnost zraka, izražena u postocima. Najveća vlažnost zraka je 100% (pri ovoj vlažnosti na predmetima se pojavljuje rosa). Za osobu se smatra da je najpovoljnija vlažnost zraka u rasponu od 40 do 60%.

Uz pomoć jednostavnih pokusa lako je ustanoviti da se brzina isparavanja povećava s porastom temperature tekućine, kao i s povećanjem njezine slobodne površine te uz prisutnost vjetra.

Zašto tekućina brže isparava u prisutnosti vjetra? Činjenica je da se istodobno s isparavanjem na površini tekućine događa obrnuti proces - kondenzacija. Kondenzacija nastaje zbog činjenice da se dio molekula pare, nasumično krećući iznad tekućine, ponovno vraća u nju. Vjetar odnosi i molekule koje su izletjele iz tekućine i ne dopušta im povratak natrag.

Do kondenzacije može doći i kada para nije u kontaktu s tekućinom. Na primjer, kondenzacija objašnjava nastanak oblaka: molekule vodene pare koje se uzdižu iznad zemlje u hladnijim slojevima atmosfere grupiraju se u sitne kapljice vode, čije su nakupine oblaci. Kondenzacija vodene pare u atmosferi također uzrokuje kišu i rosu.

Temperatura vrenja prema tlaku

Vrelište vode je 100°C; Moglo bi se pomisliti da je ovo svojstvo vode, da će voda, gdje god i pod kojim uvjetima bila, uvijek ključati na 100 °C.

Ali to nije tako i to dobro znaju stanovnici visokoplaninskih sela.

U blizini vrha Elbrusa nalazi se kuća za turiste i znanstvena stanica. Početnici se ponekad pitaju "kako je teško skuhati jaje u kipućoj vodi" ili "zašto kipuća voda ne gori". Pod tim uvjetima, rečeno im je da voda ključa na vrhu Elbrusa već na 82°C.

Što je ovdje? Koji fizikalni faktor ometa pojavu vrenja? Koje je značenje nadmorske visine?

Ovaj fizički faktor je pritisak koji djeluje na površinu tekućine. Ne morate se penjati na vrh planine da provjerite valjanost onoga što je rečeno.

Stavljanjem zagrijane vode ispod zvona i upumpavanjem zraka u ili iz njega, može se uvjeriti da vrelište raste s povećanjem tlaka i pada s smanjenjem tlaka.

Voda ključa na 100°C samo pri određenom tlaku - 760 mm Hg. Umjetnost. (ili 1 atm).

Krivulja vrelišta u odnosu na tlak prikazana je na sl. 4.2. Na vrhu Elbrusa tlak je 0,5 atm, a taj tlak odgovara vrelištu od 82 ° C.

Riža. 4.2

Ali voda koja ključa na 10-15 mm Hg. Art., Možete se osvježiti po vrućem vremenu. Pri tom će tlaku vrelište pasti na 10-15°C.

Možete dobiti čak i "kipuću vodu", koja ima temperaturu vode koja se smrzava. Da biste to učinili, morat ćete smanjiti tlak na 4,6 mm Hg. Umjetnost.

Zanimljiva slika može se vidjeti ako stavite otvorenu posudu s vodom ispod zvona i ispumpate zrak. Pumpanjem će voda prokuhati, ali za kuhanje je potrebna toplina. Nema se odakle uzeti, a voda će se morati odreći svoje energije. Temperatura kipuće vode počet će padati, ali kako se pumpanje nastavlja, tako će padati i tlak. Stoga vrenje neće prestati, voda će se nastaviti hladiti i na kraju smrznuti.

Takvo ključanje hladne vode događa se ne samo kada se zrak ispumpava. Na primjer, kada se brodski propeler okreće, tlak u sloju vode koji se brzo kreće u blizini metalne površine naglo pada i voda u tom sloju vrije, tj. u njemu se pojavljuju brojni mjehurići ispunjeni parom. Ova pojava naziva se kavitacija (od latinske riječi cavitas - šupljina).

Smanjenjem tlaka snižavamo vrelište. Što je s povećanjem? Grafikon poput našeg odgovara na ovo pitanje. Tlak od 15 atm može odgoditi ključanje vode, ono će početi tek na 200°C, a pritisak od 80 atm će dovesti do ključanja vode tek na 300°C.

Dakle, određeni vanjski tlak odgovara određenom vrelištu. No, ova se tvrdnja također može "okrenuti", govoreći ovo: svaka točka ključanja vode odgovara vlastitom specifičnom tlaku. Taj se tlak naziva tlakom pare.

Krivulja koja prikazuje vrelište kao funkciju tlaka također je krivulja tlaka pare kao funkcija temperature.

Brojke iscrtane na grafu vrelišta (ili grafu tlaka pare) pokazuju da se tlak pare vrlo brzo mijenja s temperaturom. Na 0°C (tj. 273 K), tlak pare je 4,6 mm Hg. Art., na 100 ° C (373 K) jednako je 760 mm Hg. Art., tj. povećava se za 165 puta. Kada se temperatura udvostruči (s 0 °C, tj. 273 K, na 273 °C, tj. 546 K), tlak pare raste s 4,6 mm Hg. Umjetnost. do gotovo 60 atm, tj. oko 10 000 puta.

Stoga se, naprotiv, vrelište prilično sporo mijenja s pritiskom. Kad se tlak udvostruči s 0,5 atm na 1 atm, vrelište se poveća s 82°C (355 K) na 100°C (373 K), a kad se tlak udvostruči s 1 na 2 atm, sa 100°C (373 K) do 120°C (393 K).

Ista krivulja koju sada razmatramo također kontrolira kondenzaciju (zgušnjavanje) pare u vodu.

Para se može pretvoriti u vodu kompresijom ili hlađenjem.

I tijekom vrenja i tijekom kondenzacije, točka se neće pomaknuti s krivulje sve dok se ne završi pretvorba pare u vodu ili vode u paru. To se također može formulirati na sljedeći način: pod uvjetima naše krivulje, i samo pod tim uvjetima, moguća je koegzistencija tekućine i pare. Ako se pritom ne dodaje niti oduzima toplina, tada će količine pare i tekućine u zatvorenoj posudi ostati nepromijenjene. Kaže se da su takva para i tekućina u ravnoteži, a za paru u ravnoteži sa svojom tekućinom kaže se da je zasićena.

Krivulja vrenja i kondenzacije, kao što vidimo, ima još jedno značenje: to je krivulja ravnoteže tekućine i pare. Krivulja ravnoteže dijeli polje dijagrama na dva dijela. Lijevo i gore (prema višim temperaturama i nižim tlakovima) je područje stacionarnog stanja pare. Desno i dolje - područje stabilnog stanja tekućine.

Krivulja ravnoteže para-tekućina, tj. ovisnost vrelišta o tlaku ili, što je isto, tlaka pare o temperaturi, približno je jednaka za sve tekućine. U nekim slučajevima promjena može biti nešto oštrija, u drugima nešto sporija, ali uvijek tlak pare brzo raste s povećanjem temperature.

Mnogo smo puta koristili riječi "plin" i "para". Ove dvije riječi su prilično iste. Možemo reći: vodeni plin je para vode, plin kisik je para tekućeg kisika. Ipak, razvila se neka navika u korištenju ove dvije riječi. Budući da smo navikli na određeni relativno mali temperaturni raspon, riječ "plin" obično koristimo za one tvari čiji je tlak pare pri uobičajenim temperaturama iznad atmosferskog tlaka. Naprotiv, o pari govorimo kada je pri sobnoj temperaturi i atmosferskom tlaku tvar stabilnija u obliku tekućine.

Budući da je tlak zasićene pare jednoznačno određen temperaturom, a vrelište tekućine nastupa u trenutku kada je tlak zasićenih para te tekućine jednak vanjskom tlaku, temperatura vrelišta mora ovisiti o vanjskom tlaku . Uz pomoć pokusa lako je pokazati da se s padom vanjskog tlaka vrelište smanjuje, a s porastom tlaka raste.

Vrenje tekućine pod sniženim tlakom može se pokazati pomoću sljedećeg pokusa. Ulijte vodu iz slavine u čašu i spustite termometar u nju. Čaša vode se stavi ispod staklene kupole vakuumske jedinice i pumpa se uključi. Kada tlak ispod čepa dovoljno padne, voda u čaši počinje ključati. Budući da se energija troši na isparavanje, temperatura vode u čaši počinje se smanjivati ​​tijekom vrenja, a kada pumpa dobro radi, voda se konačno smrzne.

Voda se zagrijava do visokih temperatura u kotlovima i autoklavima. Uređaj autoklava prikazan je na sl. 8.6, gdje je K sigurnosni ventil, poluga koja pritiska ventil, M je manometar. Pri tlaku većem od 100 atm voda se zagrijava do temperatura iznad 300 °C.

Tablica 8.2. Vrelišta nekih tvari

Vrelište tekućine pri normalnom atmosferskom tlaku naziva se vrelište. Iz tablice. 8.1 i 8.2 jasno je da je tlak zasićene pare za eter, vodu i alkohol pri vrelištu 1,013 105 Pa (1 atm).

Iz navedenog proizlazi da u dubokim rudnicima voda treba ključati na temperaturi iznad 100 °C, au planinskim područjima - ispod 100 °C. Budući da vrelište vode ovisi o nadmorskoj visini, na skali termometra umjesto temperature možete označiti visinu na kojoj voda vrije pri toj temperaturi. Određivanje visine pomoću takvog termometra naziva se hipsometrija.

Iskustvo pokazuje da je vrelište otopine uvijek više od vrelišta čistog otapala, a raste s porastom koncentracije otopine. Međutim, temperatura pare iznad površine kipuće otopine jednaka je vrelištu čistog otapala. Stoga je za određivanje vrelišta čiste tekućine bolje postaviti termometar ne u tekućinu, već u paru iznad površine kipuće tekućine.

Proces vrenja usko je povezan s prisutnošću otopljenog plina u tekućini. Ako se plin otopljen u njoj ukloni iz tekućine, na primjer, dugotrajnim vrenjem, tada se ta tekućina može zagrijati na temperaturu znatno višu od vrelišta. Takvu tekućinu nazivamo pregrijanom. U nedostatku mjehurića plina, stvaranje najmanjih mjehurića pare, koji bi mogli postati središta isparavanja, sprječava se Laplaceovim tlakom, koji je velik za mali radijus mjehurića. Ovo objašnjava pregrijavanje tekućine. Kad i zavrije, vrlo burno vrije.

“I pametan bi čovjek ponekad trebao pomisliti” Gennady Malkin

U svakodnevnom životu, na primjeru rada autoklava, može se pratiti ovisnost vrelišta vode o tlaku. Pretpostavimo da nam je za pripremu proizvoda i uništavanje svih opasnih živih bića, uključujući i spore botulizma, potrebna temperatura od 120 °C. U običnom loncu ova temperatura se ne može postići; voda će jednostavno prokuhati na 100 ° C. Tako je, pri atmosferskom tlaku od 1 kgf / cm² (760 mm Hg), voda će ključati na 100 ° C. Jednom riječju, od posude moramo napraviti hermetički spremnik, odnosno autoklav. Prema tablici određujemo tlak pri kojem voda ključa na 120 °C. Ovaj tlak je 2 kgf/cm². Ali ovo je apsolutni tlak, a potreban nam je manometar, većina mjerača pokazuje višak tlaka. Budući da je apsolutni tlak jednak zbroju prekomjernog (P g) i barometarskog (P bar.), t.j. R aps. = P ex. + P bar, tada nadtlak u autoklavu mora biti najmanje P g = P abs. - R traka. \u003d 2-1 \u003d 1 kgf / cm 2. Što vidimo na gornjoj slici. Načelo rada je da zbog ubrizgavanja prekomjernog tlaka od 0,1 MPa. kada se zagrijava, temperatura sterilizacije konzerviranih proizvoda povećava se na 110-120 ° C, a voda unutar autoklava ne kuha.

Ovisnost vrelišta vode o tlaku prikazana je u tablici V.P. Vukalovicha

Tablica V.P. Vukalovich

R	t	ja /	ja //	r
0,010	6,7	6,7	600,2	593,5
0,050	32,6	32,6	611,5	578,9
0,10	45,5	45,5	617,0	571,6
0,20	59,7	59,7	623,1	563,4
0,30	68,7	68,7	626,8	558,1
0,40	75,4	75,4	629,5	554,1
0,50	80,9	80,9	631,6	550,7
0,60	85,5	85,5	633,5	548,0
0,70	89,5	89,5	635,1	545,6
0,80	93,0	93.1	636,4	543,3
0,90	96,2	96,3	637,6	541,3
1,0	99,1	99,2	638,8	539,6
1,5	110,8	111,0	643,1	532,1
2,0	119,6	120,0	646,3	526,4
2,5	126,8	127,2	648,7	521,5
3,0	132,9	133,4	650,7	517,3
3,5	138,2	138,9	652,4	513,5
4,0	142,9	143,7	653,9	510,2
4,5	147,2	148,1	655,2	507,1
5,0	151,1	152,1	656,3	504,2
6,0	158,1	159,3	658,3	498,9
7,0	164,2	165,7	659,9	494,2
8,0	169,6	171,4	661,2	489,8

P - apsolutni tlak u atm, kgf / cm 2; t je temperatura u o C; i / – entalpija kipuće vode, kcal/kg; i // – entalpija suhe zasićene pare, kcal/kg; r je latentna toplina isparavanja, kcal/kg.

Ovisnost vrelišta vode o tlaku je izravno proporcionalna, odnosno što je tlak veći, to je vrelište veće. Kako biste bolje razumjeli ovu ovisnost, pozvani ste odgovoriti na sljedeća pitanja:

1. Što je pregrijana voda? Koja je najveća moguća temperatura vode u vašoj kotlovnici?

2. Što određuje tlak na kojem vaš kotao radi?

3. Navedite primjere korištenja ovisnosti vrelišta vode o tlaku u vašoj kotlovnici.

4. Uzroci hidrauličkih udara u mrežama za grijanje vode. Zašto se čuje pucketanje u lokalnim sustavima grijanja privatne kuće i kako to izbjeći?

5. I konačno, što je latentna toplina isparavanja? Zašto pod određenim uvjetima doživljavamo nepodnošljivu vrućinu u ruskoj kupelji i izlazimo iz parne sobe. Iako temperatura u parnoj sobi nije veća od 60 ° C.

>>Fizika: Ovisnost tlaka zasićene pare o temperaturi. Ključanje

Tekućina ne samo da ispari. Vri na određenoj temperaturi.
Tlak zasićene pare u odnosu na temperaturu. Stanje zasićene pare, kao što pokazuje iskustvo (o tome smo govorili u prethodnom odlomku), približno je opisano jednadžbom stanja idealnog plina (10.4), a njezin tlak određen je formulom

Kako temperatura raste, tlak raste. Jer Tlak zasićene pare ne ovisi o volumenu, dakle, ovisi samo o temperaturi.
Međutim, ovisnost r n.p. iz T, utvrđeno eksperimentalno, nije izravno proporcionalno, kao u idealnom plinu pri konstantnom volumenu. S povećanjem temperature, tlak realne zasićene pare raste brže od tlaka idealnog plina ( sl.11.1, dio krivulje AB). To postaje očito ako kroz točke nacrtamo izohore idealnog plina ALI i NA(isprekidane linije). Zašto se ovo događa?

Kada se tekućina zagrijava u zatvorenoj posudi, dio tekućine prelazi u paru. Kao rezultat toga, prema formuli (11.1) tlak zasićene pare raste ne samo zbog povećanja temperature tekućine, već i zbog povećanja koncentracije molekula (gustoće) pare. U osnovi, povećanje tlaka s porastom temperature određeno je upravo povećanjem koncentracije. Glavna razlika u ponašanju idealnog plina i zasićene pare je u tome što kada se promijeni temperatura pare u zatvorenoj posudi (ili kada se mijenja volumen pri konstantnoj temperaturi), mijenja se masa pare. Tekućina se djelomično pretvara u paru ili, obrnuto, para se djelomično kondenzira. Ništa slično se ne događa s idealnim plinom.
Kada sva tekućina ispari, para će prestati biti zasićena daljnjim zagrijavanjem, a njezin će tlak pri konstantnom volumenu porasti izravno proporcionalno apsolutnoj temperaturi (vidi sl. sl.11.1, dio krivulje Sunce).
. Kako se temperatura tekućine povećava, brzina isparavanja se povećava. Na kraju, tekućina počinje kuhati. Pri vrenju se po cijelom volumenu tekućine stvaraju brzorastući mjehurići pare koji isplivaju na površinu. Vrelište tekućine ostaje konstantno. To je zato što se sva energija dovedena u tekućinu troši na njezino pretvaranje u paru. Pod kojim uvjetima počinje vrenje?
U tekućini su uvijek prisutni otopljeni plinovi koji se oslobađaju na dnu i stijenkama posude, kao i na česticama prašine koje lebde u tekućini, a koje su središta isparavanja. Tekuće pare unutar mjehurića su zasićene. Kako temperatura raste, tlak pare raste i mjehurići se povećavaju. Pod djelovanjem sile uzgona isplivaju. Ako gornji slojevi tekućine imaju nižu temperaturu, tada se para kondenzira u mjehurićima u tim slojevima. Tlak brzo pada i mjehurići kolabiraju. Kolaps je toliko brz da stijenke mjehurića, sudarajući se, proizvode nešto poput eksplozije. Mnoge od tih mikroeksplozija stvaraju karakterističnu buku. Kad se tekućina dovoljno zagrije, mjehurići se prestaju urušavati i isplivaju na površinu. Tekućina će prokuhati. Pažljivo promatrajte čajnik na štednjaku. Vidjet ćete da gotovo prestaje stvarati buku prije vrenja.
Ovisnost tlaka zasićene pare o temperaturi objašnjava zašto vrelište tekućine ovisi o tlaku na njezinoj površini. Parni mjehurić može narasti kada tlak zasićene pare unutar njega malo premaši tlak u tekućini, koji je zbroj tlaka zraka na površini tekućine (vanjski tlak) i hidrostatskog tlaka stupca tekućine.
Obratimo pozornost na činjenicu da se isparavanje tekućine događa na temperaturama nižim od vrelišta i to samo s površine tekućine, a tijekom vrenja dolazi do stvaranja pare u cijelom volumenu tekućine.
Vrenje počinje pri temperaturi pri kojoj je tlak zasićene pare u mjehurićima jednak tlaku u tekućini.
Što je veći vanjski tlak, to je viša točka vrelišta. Dakle, u parnom kotlu pri tlaku koji doseže 1,6 10 6 Pa voda ne ključa ni pri temperaturi od 200°C. U medicinskim ustanovama u hermetički zatvorenim posudama - autoklavima ( sl.11.2) voda također ključa pri povišenom tlaku. Stoga je vrelište tekućine mnogo više od 100°C. Autoklavi se koriste za sterilizaciju kirurških instrumenata itd.

I obrnuto, smanjujući vanjski tlak, time snižavamo vrelište. Ispumpavanjem zraka i vodene pare iz tikvice možete dovesti do ključanja vode na sobnoj temperaturi ( sl.11.3). Kako se penjete na planine, atmosferski tlak opada, pa se smanjuje vrelište. Na nadmorskoj visini od 7134 m (Lenjinov vrh u Pamiru), tlak je približno 4 10 4 Pa ​​​​(300 mm Hg). Tamo voda ključa na oko 70°C. Nemoguće je kuhati meso u takvim uvjetima.

Svaka tekućina ima svoje vrelište, koje ovisi o tlaku njezine zasićene pare. Što je viši tlak zasićene pare, niže je vrelište tekućine, jer pri nižim temperaturama tlak zasićene pare postaje jednak atmosferskom tlaku. Na primjer, pri vrelištu od 100 ° C, tlak zasićene vodene pare iznosi 101 325 Pa (760 mm Hg), a živine pare samo 117 Pa (0,88 mm Hg). Živa vrije na 357°C pri normalnom tlaku.
Tekućina vrije kada njezin tlak zasićene pare postane jednak tlaku unutar tekućine.

???
1. Zašto se vrelište povećava s povećanjem tlaka?
2. Zašto je za vrenje bitno povećanje tlaka zasićene pare u mjehurićima, a ne povećanje tlaka zraka u njima?
3. Kako natjerati tekućinu da proključa hlađenjem posude? (Ovo je škakljivo pitanje.)

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, 10. razred fizike

Sadržaj lekcije sažetak lekcije okvir za podršku lekcija prezentacija akcelerativne metode interaktivne tehnologije Praksa zadaci i vježbe samoprovjera radionice, treninzi, slučajevi, potrage domaća zadaća pitanja za raspravu retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video isječci i multimedija fotografije, slike grafike, tablice, sheme humor, anegdote, vicevi, stripovi, parabole, izreke, križaljke, citati Dodaci sažetakačlanci čipovi za radoznale varalice udžbenici osnovni i dodatni rječnik pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i nastaveispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje fragmenta u udžbeniku elementi inovacije u lekciji zamjena zastarjelih znanja novima Samo za učitelje savršene lekcije kalendarski plan za godinu metodološke preporuke programa rasprave Integrirane lekcije

Ako imate ispravke ili prijedloge za ovu lekciju,

Vrenje je proces promjene agregatnog stanja tvari. Kada govorimo o vodi, mislimo na prijelaz iz tekućine u paru. Važno je napomenuti da vrenje nije isparavanje, što se može dogoditi čak i na sobnoj temperaturi. Također, nemojte brkati s kuhanjem, što je proces zagrijavanja vode do određene temperature. Sada kada smo razumjeli koncepte, možemo odrediti na kojoj temperaturi voda ključa.

Postupak

Sam proces prelaska agregatnog stanja iz tekućeg u plinovito je složen. I iako ljudi to ne vide, postoje 4 faze:

1. U prvoj fazi na dnu zagrijane posude stvaraju se mali mjehurići. Također se mogu vidjeti na stranama ili na površini vode. Nastaju zbog širenja mjehurića zraka, koji su uvijek prisutni u pukotinama spremnika, gdje se voda zagrijava.
2. U drugoj fazi povećava se volumen mjehurića. Svi oni počinju juriti na površinu, jer se u njima nalazi zasićena para, koja je lakša od vode. S porastom temperature zagrijavanja raste i pritisak mjehurića, koji se zbog poznate Arhimedove sile potiskuju na površinu. U tom slučaju možete čuti karakterističan zvuk vrenja, koji nastaje zbog stalnog širenja i smanjenja veličine mjehurića.
3. U trećoj fazi se na površini vidi veliki broj mjehurića. Ovo u početku stvara zamućenje u vodi. Ovaj proces se u narodu naziva "kuhanje bijelim ključem", a traje kratko.
4. U četvrtoj fazi voda intenzivno ključa, na površini se pojavljuju veliki mjehurići koji pucaju, a mogu se pojaviti i prskanja. Najčešće, prskanje znači da je tekućina dosegla maksimalnu temperaturu. Para će početi izlaziti iz vode.

Poznato je da voda ključa na temperaturi od 100 stupnjeva, što je moguće samo u četvrtoj fazi.

Temperatura pare

Para je jedno od agregatnih stanja vode. Kada uđe u zrak, tada, kao i drugi plinovi, vrši određeni pritisak na njega. Tijekom isparavanja, temperatura pare i vode ostaje konstantna sve dok cijela tekućina ne promijeni svoje agregatno stanje. Ovaj fenomen se može objasniti činjenicom da se tijekom vrenja sva energija troši na pretvaranje vode u paru.

Na samom početku vrenja nastaje vlažna zasićena para koja nakon isparavanja cijele tekućine postaje suha. Ako njezina temperatura počne prelaziti temperaturu vode, tada je takva para pregrijana, a po svojim će karakteristikama biti bliža plinu.

Kipuća slana voda

Dovoljno je zanimljivo znati na kojoj temperaturi kuha voda s visokim udjelom soli. Poznato je da bi trebala biti veća zbog sadržaja iona Na+ i Cl- u sastavu koji zauzimaju područje između molekula vode. Ovaj kemijski sastav vode sa soli razlikuje se od uobičajene svježe tekućine.

Činjenica je da se u slanoj vodi odvija reakcija hidratacije - proces vezanja molekula vode na ione soli. Veza između molekula slatke vode slabija je od onih koje nastaju tijekom hidratacije, pa će ključanje tekućine s otopljenom soli trajati duže. S porastom temperature molekule u vodi koja sadrži sol kreću se brže, ali ih je sve manje, zbog čega dolazi do rjeđih sudara između njih. Kao rezultat, proizvodi se manje pare i njezin je tlak stoga niži od visine pare slatke vode. Stoga je za potpuno isparavanje potrebno više energije (temperature). U prosjeku, da bi se prokuhala jedna litra vode koja sadrži 60 grama soli, potrebno je povisiti vrelište vode za 10% (odnosno za 10 C).

Ovisnosti o tlaku vrenja

Poznato je da će u planinama, bez obzira na kemijski sastav vode, vrelište biti niže. To je zato što je atmosferski tlak niži na nadmorskoj visini. Smatra se da je normalan tlak 101,325 kPa. Kod njega je vrelište vode 100 Celzijevih stupnjeva. Ali ako se popnete na planinu, gdje je tlak u prosjeku 40 kPa, tada će voda tamo prokuhati na 75,88 C. Ali to ne znači da će kuhanje u planinama trajati gotovo pola vremena. Za toplinsku obradu proizvoda potrebna je određena temperatura.

Smatra se da će na nadmorskoj visini od 500 metara voda ključati na 98,3 C, a na visini od 3000 metara vrelište će biti na 90 C.

Imajte na umu da ovaj zakon djeluje i u suprotnom smjeru. Ako se tekućina stavi u zatvorenu tikvicu kroz koju para ne može proći, tada će se s porastom temperature i stvaranjem pare tlak u toj tikvici povećati, a vrenje pri povišenom tlaku će se dogoditi pri višoj temperaturi. Na primjer, pri tlaku od 490,3 kPa, vrelište vode bit će 151 C.

Kipuća destilirana voda

Destilirana voda je pročišćena voda bez ikakvih nečistoća. Često se koristi u medicinske ili tehničke svrhe. S obzirom da u takvoj vodi nema nečistoća, ne koristi se za kuhanje. Zanimljivo je da destilirana voda vrije brže od obične slatke vode, no vrelište ostaje isto - 100 stupnjeva. Međutim, razlika u vremenu vrenja bit će minimalna - samo djelić sekunde.

u čajniku

Ljudi se često zanimaju na kojoj temperaturi voda kuha u kuhalu, budući da upravo te uređaje koriste za kuhanje tekućina. Uzimajući u obzir činjenicu da je atmosferski tlak u stanu jednak standardnom, a korištena voda ne sadrži soli i druge nečistoće koje ne bi trebale biti, tada će i točka ključanja biti standardna - 100 stupnjeva. Ali ako voda sadrži sol, tada će vrelište, kao što već znamo, biti veće.

Zaključak

Sada znate na kojoj temperaturi voda ključa i kako atmosferski tlak i sastav tekućine utječu na ovaj proces. U tome nema ništa komplicirano, a djeca takve informacije dobivaju u školi. Glavna stvar koju treba zapamtiti je da se s padom tlaka vrelište tekućine također smanjuje, a s povećanjem se također povećava.

Na internetu možete pronaći mnogo različitih tablica koje pokazuju ovisnost vrelišta tekućine o atmosferskom tlaku. Dostupni su svima i aktivno ih koriste školarci, studenti, pa čak i nastavnici u institutima.