Keďže tlak nasýtených pár je jednoznačne určený teplotou a k varu kvapaliny dochádza v okamihu, keď sa tlak nasýtených pár tejto kvapaliny rovná vonkajšiemu tlaku, musí teplota varu závisieť od vonkajšieho tlaku. . Pomocou experimentov je ľahké ukázať, že s poklesom vonkajšieho tlaku sa bod varu znižuje a so zvýšením tlaku stúpa.
Var kvapaliny pri zníženom tlaku možno ukázať pomocou nasledujúceho experimentu. Nalejte vodu z vodovodu do pohára a spustite doň teplomer. Pod sklenenú kupolu vákuovej jednotky sa umiestni pohár vody a čerpadlo sa zapne. Keď tlak pod uzáverom dostatočne klesne, voda v pohári začne vrieť. Keďže na odparovanie sa vynakladá energia, teplota vody v pohári začne varom klesať a keď čerpadlo dobre funguje, voda nakoniec zamrzne.
Voda sa ohrieva na vysoké teploty v kotloch a autoklávoch. Autoklávové zariadenie je znázornené na obr. 8.6, kde K je poistný ventil, je páka stláčajúca ventil, M je tlakomer. Pri tlakoch vyšších ako 100 atm sa voda ohrieva na teploty nad 300 °C.
Tabuľka 8.2. Body varu niektorých látok
Normálny bod varu kvapaliny atmosferický tlak nazývaný bod varu. Z tabuľky. 8.1 a 8.2 je zrejmé, že tlak nasýtených pár pre éter, vodu a alkohol pri teplote varu je 1,013 105 Pa (1 atm).
Z vyššie uvedeného vyplýva, že v hlbokých baniach by mala voda vrieť pri teplote nad 100 °C av horských oblastiach pod 100 °C. Keďže bod varu vody závisí od nadmorskej výšky, na stupnici teplomera môžete namiesto teploty uviesť výšku, v ktorej voda pri tejto teplote vrie. Stanovenie výšky pomocou takéhoto teplomera sa nazýva hypsometria.
Skúsenosti ukazujú, že teplota varu roztoku je vždy vyššia ako teplota varu čistého rozpúšťadla a zvyšuje sa so zvyšujúcou sa koncentráciou roztoku. Teplota pary nad povrchom vriaceho roztoku sa však rovná teplote varu čistého rozpúšťadla. Preto na určenie bodu varu čistej kvapaliny je lepšie umiestniť teplomer nie do kvapaliny, ale do pary nad povrchom vriacej kvapaliny.
Proces varu úzko súvisí s prítomnosťou rozpusteného plynu v kvapaline. Ak sa v nej rozpustený plyn odstráni z kvapaliny napríklad dlhším varom, potom sa táto kvapalina môže zahriať na teplotu výrazne vyššiu, ako je jej bod varu. Takáto kvapalina sa nazýva prehriata. V neprítomnosti bublín plynu sa vytváraniu najmenších bublín pary, ktoré by sa mohli stať centrami odparovania, bráni Laplaceov tlak, ktorý je veľký pre malý polomer bublín. To vysvetľuje prehriatie kvapaliny. Keď vrie, vrie to veľmi prudko.
K odparovaniu môže dôjsť nielen v dôsledku vyparovania, ale aj počas varu. Uvažujme o vare z energetického hľadiska.
V kvapaline je vždy rozpustené určité množstvo vzduchu. Pri zahrievaní kvapaliny sa množstvo v nej rozpusteného plynu znižuje, v dôsledku čoho sa jeho časť uvoľňuje vo forme malých bubliniek na dne a stenách nádoby a na nerozpustených pevných časticiach suspendovaných v kvapaline. Do týchto vzduchových bublín sa odparuje kvapalina. V priebehu času sa výpary v nich nasýtia. Ďalším zahrievaním sa zvyšuje tlak nasýtených pár vo vnútri bublín a ich objem. Keď sa tlak pary vo vnútri bublín vyrovná atmosférickému tlaku, pôsobením Archimedovej vztlakovej sily stúpajú na povrch kvapaliny, prasknú a para z nich uniká. Vyparovanie, ku ktorému dochádza súčasne z povrchu kvapaliny aj vo vnútri samotnej kvapaliny na vzduchové bubliny, sa nazýva var. Teplota, pri ktorej je tlak nasýtené pary v bublinách sa rovná vonkajšiemu tlaku, je tzv bod varu.
Keďže pri rovnakej teplote sú tlaky nasýtených pár rôznych kvapalín rôzne, potom pri rôzne teploty rovnajú sa atmosférickému tlaku. To spôsobí, že rôzne kvapaliny vrie pri rôznych teplotách. Táto vlastnosť kvapalín sa využíva pri sublimácii ropných produktov. Pri zahrievaní oleja sa ako prvé odparia jeho najcennejšie, prchavé časti (benzín), ktoré sa tak oddelia od „ťažkých“ zvyškov (oleje, vykurovací olej).
Zo skutočnosti, že k varu dochádza vtedy, keď sa tlak nasýtených pár rovná vonkajšiemu tlaku na kvapalinu, vyplýva, že bod varu kvapaliny závisí od vonkajšieho tlaku. Ak sa zvýši, kvapalina vrie viac vysoká teplota pretože nasýtené pary potrebujú na dosiahnutie tohto tlaku vyššiu teplotu. Naopak, pri zníženom tlaku kvapalina vrie pri nižšej teplote. Dá sa to overiť skúsenosťami. Vodu v banke zohrejeme do varu a vyberieme liehovú lampu (obr. 37, a). Varenie vody sa zastaví. Po uzavretí banky zátkou začneme z nej odstraňovať vzduch a vodnú paru pumpou, čím znížime tlak na vodu, ktorá "následkom toho vrie. Po varení v otvorenej banke zvýši tlak na vodu pumpovaním vzduchu do banky (obr. 37, b) Prestane vrieť. 1 atm voda vrie pri 100°C a pri 10 atm- pri 180 ° C. Táto závislosť sa používa napríklad v autoklávoch, v medicíne na sterilizáciu, pri varení na urýchlenie varenia potravinárskych výrobkov.
Aby tekutina začala vrieť, musí sa zahriať na bod varu. Na to je potrebné dodať kvapaline energiu, napríklad množstvo tepla Q \u003d cm (t ° až - t ° 0). Počas varu zostáva teplota kvapaliny konštantná. Stáva sa to preto, že množstvo tepla hláseného počas varu sa nevynakladá na zvýšenie Kinetická energia tekutých molekúl, ale na prácu pri lámaní molekulárnych väzieb, t.j. na odparovanie. Pri kondenzácii pary podľa zákona o zachovaní energie uvoľňuje do životné prostredie množstvo tepla, ktoré bolo vynaložené na odparovanie. Kondenzácia prebieha pri bode varu, ktorý zostáva konštantný počas procesu kondenzácie. (Vysvetli prečo).
Zostavme rovnicu tepelnej bilancie pre odparovanie a kondenzáciu. Para, odoberaná pri bode varu kvapaliny, vstupuje do vody v kalorimetri cez trubicu A. (obr. 38, a), kondenzuje v nej, čím jej dodáva množstvo tepla vynaložené na jej získanie. V tomto prípade voda a kalorimeter prijímajú množstvo tepla nielen z kondenzácie pary, ale aj z kvapaliny, ktorá sa z nej získava. Údaje o fyzikálnych veličinách sú uvedené v tabuľke. 3.
Kondenzujúca para uvoľnila množstvo tepla Q p \u003d rm 3(obr. 38, b). Kvapalina získaná z pary po ochladení z t ° 3 na 9 ° odovzdala množstvo tepla Q 3 \u003d c 2 m 3 (t 3 ° - 9 °).
Kalorimeter a voda, ohrievajúce sa z t ° 2 na θ ° (obr. 38, c), dostali množstvo tepla
Q1 \u003d c 1 m1 (0° - t° 2); Q 2 \u003d c 2 m 2 (9 ° - t ° 2).
Na základe zákona zachovania a premeny energie
Q p + Q 3 \u003d Q 1 + Q 2,
Vriaci -Ide o odparovanie, ku ktorému dochádza v objeme celej kvapaliny pri konštantnej teplote.
Proces odparovania môže prebiehať nielen z povrchu kvapaliny, ale aj vo vnútri kvapaliny. Parné bubliny vo vnútri kvapaliny expandujú a plávajú na povrch, ak je tlak nasýtených pár rovnaký alebo väčší ako vonkajší tlak. Tento proces sa nazýva varenie. Kým kvapalina vrie, jej teplota zostáva konštantná.
Pri teplote 100 0 C sa tlak nasýtenej vodnej pary rovná normálnemu atmosférickému tlaku, preto pri normálny tlak voda vrie pri 100°C. Pri teplote 80 °C je tlak nasýtených pár približne polovičný oproti normálnemu atmosférickému tlaku. Preto voda vrie pri 80 °C, ak sa tlak nad ňou zníži na 0,5 normálneho atmosférického tlaku (obrázok).
Keď sa vonkajší tlak zníži, teplota varu kvapaliny sa zníži a keď sa tlak zvýši, teplota varu sa zvýši.
bod varu kvapaliny- Je to teplota, pri ktorej sa tlak nasýtených pár v bublinách kvapaliny rovná vonkajšiemu tlaku na jej povrchu.
kritická teplota.
V roku 1861 D. I. Mendelejev zistil, že pre každú kvapalinu musí existovať taká teplota, pri ktorej zmizne rozdiel medzi kvapalinou a jej parou. Mendelejev to pomenoval absolútny bod varu (kritická teplota). Medzi plynom a parou nie je zásadný rozdiel. Zvyčajne plynu nazývaná látka v plynnom stave, keď je jej teplota nad kritickou a trajekt- keď je teplota pod kritickou hodnotou.
Kritická teplota látky je teplota, pri ktorej sa hustota kvapaliny a hustota jej nasýtených pár stanú rovnakými.
Každá látka, ktorá je v plynnom stave, sa môže zmeniť na kvapalinu. Každá látka však môže zaznamenať takúto premenu len pri teplotách pod určitou hodnotou, špecifickou pre každú látku, nazývanou kritická teplota T k. Pri teplotách vyšších ako je kritická sa látka pod žiadnym tlakom nemení na kvapalinu.
Model ideálneho plynu je použiteľný na opis vlastností plynov, ktoré skutočne existujú v prírode v obmedzenom rozsahu teplôt a tlakov. Keď teplota klesne pod kritickú teplotu pre daný plyn, pôsobenie príťažlivých síl medzi molekulami už nemožno zanedbávať a pri dostatočne vysoký tlak molekuly látky sú navzájom spojené.
Ak má látka kritickú teplotu a kritický tlak, potom sa jej stav nazýva kritický stav.
(Pri ohrievaní vody sa vzduch v nej rozpustený uvoľňuje pri stenách nádoby a počet bublín sa neustále zväčšuje a zväčšuje sa ich objem. Pri dostatočne veľkom objeme bubliny ju odtrhne Archimedova sila spodný povrch a nadvihne ho a na mieste oddelenej bubliny zostane bublinou zárodok novej. Keďže pri zahrievaní tekutiny zospodu sú jej horné vrstvy chladnejšie ako spodné, keď bublina stúpa, vodná para v nej kondenzuje a vzduch sa opäť rozpúšťa vo vode a objem bubliny sa zmenšuje.Mnoho bublín predtým, ako sa dostane na povrch vody, zmizne a niektoré sa dostanú na povrch Zostáva v nich veľmi málo vzduchu a pár v tomto bode. Toto sa deje dovtedy, kým sa v dôsledku konvekcie teplota v celej kvapaline nezhoduje. Keď sa teplota v kvapaline vyrovná, objem bublín sa počas stúpania zväčší . Toto je vysvetlené nasledovne. Keď sa v kvapaline vytvorí rovnaká teplota a bublina stúpa, tlak nasýtených pár vo vnútri bubliny zostáva konštantný a hydrostatický tlak (tlak hornej vrstvy kvapaliny) klesá, takže bublina rastie. Celý priestor vo vnútri bubliny je počas jej rastu vyplnený nasýtenou parou. Keď takáto bublina dosiahne povrch kvapaliny, tlak nasýtenej pary v nej sa rovná atmosférickému tlaku na povrchu kvapaliny.)
ÚLOHY
1. Relatívna vlhkosť vzduchu pri 20°C je 58%. Pri akej maximálnej teplote klesne rosa?
2. Koľko vody sa má odpariť v 1000 ml vzduchu, relatívna vlhkosťčo je 40 % pri 283 K na zvlhčenie na 40 % pri 290 K?
3. Vzduch o teplote 303 K má rosný bod 286 K. Určte absolútnu a relatívnu vlhkosť vzduchu.
4.Pri 28°C je relatívna vlhkosť vzduchu 50%. Určte hmotnosť rosy, ktorá vypadla z 1 km3 vzduchu, keď teplota klesne na 12 °C.
5. V miestnosti s objemom 200 m3 je relatívna vlhkosť vzduchu pri 20 °C 70 %. Určte hmotnosť vodnej pary vo vzduchu v miestnosti.
Var je proces zmeny agregovaného stavu látky. Keď hovoríme o vode, máme na mysli zmenu z kvapaliny na paru. Je dôležité si uvedomiť, že var nie je vyparovanie, ku ktorému môže dôjsť aj pri izbovej teplote. Nezamieňajte si tiež s varom, čo je proces ohrevu vody na určitú teplotu. Teraz, keď sme pochopili pojmy, môžeme určiť, pri akej teplote voda vrie.
Samotný proces premeny stavu agregácie z kvapalného na plynný je zložitý. A hoci to ľudia nevidia, existujú 4 fázy:
Je známe, že voda vrie pri teplote 100 stupňov, čo je možné až vo štvrtej fáze.
Para je jedným zo stavov vody. Keď sa dostane do vzduchu, potom, podobne ako iné plyny, naň vyvíja určitý tlak. Počas odparovania zostáva teplota pary a vody konštantná, kým všetka kvapalina nezmení svoju teplotu. stav agregácie. Tento jav možno vysvetliť skutočnosťou, že počas varu sa všetka energia vynakladá na premenu vody na paru.
Na samom začiatku varu sa vytvára vlhká nasýtená para, ktorá po odparení všetkej kvapaliny vyschne. Ak jej teplota začne presahovať teplotu vody, potom je takáto para prehriata a z hľadiska jej charakteristík bude bližšie k plynu.
Je dosť zaujímavé vedieť, pri akej teplote vrie voda s vysokým obsahom soli. Je známe, že by mala byť vyššia kvôli obsahu iónov Na+ a Cl- v kompozícii, ktoré zaberajú plochu medzi molekulami vody. Toto chemické zloženie vody so soľou sa líši od bežnej čerstvej kvapaliny.
Faktom je, že v slanej vode prebieha hydratačná reakcia - proces naviazania molekúl vody na ióny soli. Komunikácia medzi molekulami sladká voda slabšie ako tie, ktoré vznikajú pri hydratácii, takže varenie tekutiny s rozpustenou soľou bude trvať dlhšie. So stúpajúcou teplotou sa molekuly vo vode obsahujúcej soľ pohybujú rýchlejšie, ale je ich menej, a preto dochádza k zrážkam medzi nimi menej často. Výsledkom je, že sa vyrába menej pary a jej tlak je preto nižší ako tlak pary sladkej vody. Preto je na úplné odparenie potrebné viac energie (teploty). Na uvarenie jedného litra vody s obsahom 60 gramov soli je v priemere potrebné zvýšiť bod varu vody o 10 % (teda o 10 C).
Je známe, že v horách bez ohľadu na chemické zloženie bod varu vody bude nižší. Je to spôsobené tým, že atmosférický tlak je vo výške nižší. Normálny tlak sa považuje za 101,325 kPa. Pri ňom je bod varu vody 100 stupňov Celzia. Ale ak vyleziete na horu, kde je tlak v priemere 40 kPa, tak tam voda vrie pri 75,88 C. To ale neznamená, že varenie v horách zaberie takmer polovicu času. Na tepelné spracovanie výrobkov je potrebná určitá teplota.
Predpokladá sa, že v nadmorskej výške 500 metrov nad morom bude voda vrieť pri 98,3 ° C a v nadmorskej výške 3 000 metrov bude bod varu 90 ° C.
Upozorňujeme, že tento zákon sa vzťahuje aj na opačný smer. Ak sa kvapalina vloží do uzavretej banky, cez ktorú nemôže prechádzať para, potom pri zvyšovaní teploty a vytváraní pary sa tlak v tejto banke zvýši a pri vyššej teplote dôjde k varu pri zvýšenom tlaku. Napríklad pri tlaku 490,3 kPa bude bod varu vody 151 C.
Destilovaná voda je čistená voda bez akýchkoľvek nečistôt. Často sa používa na lekárske alebo technické účely. Vzhľadom na to, že v takejto vode nie sú žiadne nečistoty, nepoužíva sa na varenie. Je zaujímavé, že destilovaná voda vrie rýchlejšie ako obyčajná sladká voda, ale bod varu zostáva rovnaký - 100 stupňov. Rozdiel v čase varu však bude minimálny – iba zlomok sekundy.
Ľudia sa často zaujímajú o to, pri akej teplote voda vrie v kanvici, pretože práve tieto zariadenia používajú na varenie tekutín. Ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že atmosférický tlak v byte je rovnaký ako štandardný a použitá voda neobsahuje soli a iné nečistoty, ktoré by tam nemali byť, potom bude bod varu tiež štandardný - 100 stupňov. Ale ak voda obsahuje soľ, potom bude bod varu, ako už vieme, vyšší.
Teraz viete, pri akej teplote voda vrie a ako atmosférický tlak a zloženie kvapaliny ovplyvňujú tento proces. Nie je v tom nič zložité a takéto informácie deti dostávajú v škole. Hlavná vec na zapamätanie je, že s poklesom tlaku klesá aj bod varu kvapaliny a s jeho nárastom sa tiež zvyšuje.
Na internete ich nájdete veľa rôzne tabuľky, kde je naznačená závislosť teploty varu kvapaliny od atmosférického tlaku. Sú dostupné pre každého a aktívne ich využívajú školáci, študenti a dokonca aj učitelia v ústavoch.
"A múdry muž Niekedy musím premýšľať." Gennady Malkin
V každodennom živote je možné na príklade prevádzky autoklávu vysledovať závislosť teploty varu vody od tlaku. Predpokladajme, že na prípravu produktu a zničenie všetkých nebezpečné zvieratá, vrátane spór botulizmu, potrebujeme teplotu 120°C. V jednoduchom hrnci sa táto teplota nedá dosiahnuť, voda jednoducho vrie pri 100 °C. Správne, pri atmosférickom tlaku 1 kgf / cm² (760 mm Hg) voda vrie pri 100 ° C. Jedným slovom musíme z panvice vytvoriť hermetickú nádobu, to znamená autokláv. Podľa tabuľky určíme tlak, pri ktorom voda vrie pri 120°C. Tento tlak je 2 kgf/cm². Ale toto je absolútny tlak a potrebujeme merací tlak, väčšina meračov ukazuje pretlak. Keďže absolútny tlak sa rovná súčtu prebytku (P g) a barometrického (P bar.), t.j. R abs. = P napr. + P bar, potom musí byť pretlak v autokláve minimálne P g = P abs. - R bar. \u003d 2-1 \u003d 1 kgf / cm2. Čo vidíme na obrázku vyššie. Princíp činnosti spočíva v tom, že v dôsledku vstrekovania pretlaku 0,1 MPa. pri zahrievaní sa teplota sterilizácie konzervovaných výrobkov zvýši na 110-120 ° C a voda vo vnútri autoklávu nevrie.
Závislosť teploty varu vody od tlaku je uvedená v tabuľke V.P. Vukaloviča
Tabuľka V.P. Vukalovič
| 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 - absolútny tlak v atm, kgf / cm 2; t je teplota v o C; i / – entalpia vriacej vody, kcal/kg; i // – entalpia suchej nasýtenej pary, kcal/kg; r je latentné teplo vyparovania, kcal/kg.
Závislosť bodu varu vody od tlaku je priamo úmerná, to znamená, že čím väčší tlak, tým väčší je bod varu. Pre lepšie pochopenie tejto závislosti vás vyzývame, aby ste odpovedali na nasledujúce otázky:
1. Čo je to prehriata voda? Ktoré Maximálna teplota voda je možná vo vašej kotolni?
2. Čo určuje tlak, pri ktorom váš kotol pracuje?
3. Uveďte príklady využitia závislosti bodu varu vody od tlaku vo vašej kotolni.
4. Príčiny hydraulických rázov v sieťach ohrevu vody. Prečo je počuť praskanie v miestnych vykurovacích systémoch súkromného domu a ako sa tomu vyhnúť?
5. A nakoniec, čo je to latentné teplo vyparovania? Prečo zažívame za určitých podmienok neznesiteľné teplo v ruskom kúpeli a opúšťame parnú miestnosť. Aj keď teplota v parnej miestnosti nie je vyššia ako 60 ° C.
