Išgaruoti gali ne tik dėl garavimo, bet ir verdant. Apsvarstykite galimybę virti energetiniu požiūriu.
Tam tikras oro kiekis visada ištirpsta skystyje. Kaitinant skystį, jame ištirpusių dujų kiekis mažėja, dėl to dalis jų išsiskiria smulkių burbuliukų pavidalu indo dugne ir sienelėse bei ant skystyje pakibusių neištirpusių kietųjų dalelių. Skystis išgaruoja šių oro burbuliukų viduje. Laikui bėgant juose esantys garai tampa prisotinti. Toliau kaitinant, slėgis didėja sočiųjų garų burbulų viduje ir jų tūrį. Kai garų slėgis burbuliukų viduje tampa lygus atmosferiniam, veikiami Archimedo plūdrumo jėgos, jie pakyla į skysčio paviršių, sprogsta ir iš jų išeina garai. Garavimas, vykstantis vienu metu nuo skysčio paviršiaus ir paties skysčio viduje į oro burbuliukus, vadinamas virimu. Temperatūra, kurioje slėgis sočiųjų garų burbuluose tampa lygūs išorinis slėgis vadinamas virimo taškas.
Kadangi esant toms pačioms temperatūroms įvairių skysčių sočiųjų garų slėgiai yra skirtingi, skirtingose temperatūrose jie tampa lygūs atmosferos slėgiui. Dėl to skirtingi skysčiai užverda skirtingomis temperatūromis. Ši skysčių savybė naudojama sublimuojant naftos produktus. Kaitinant aliejų, pirmosios išgaruoja vertingiausios, lakiausios dalys (benzinas), kurios taip atskiriamos nuo „sunkiųjų“ likučių (alyvų, mazuto).
Iš to, kad virimas įvyksta, kai sočiųjų garų slėgis yra lygus išoriniam skysčio slėgiui, išplaukia, kad skysčio virimo temperatūra priklauso nuo išorinio slėgio. Jei jis padidinamas, skystis užverda aukštesnėje temperatūroje, nes reikia aukštesnės temperatūros, kad sotieji garai pasiektų tokį slėgį. Ir atvirkščiai, esant sumažintam slėgiui, skystis užverda žemesnėje temperatūroje. Tai matyti iš patirties. Kolboje esantį vandenį pakaitinkite iki virimo ir nuimkite alkoholio lemputę (37 pav., a). Vanduo nustoja virti. Uždarę kolbą kamščiu, pradėsime siurbliu šalinti iš jos orą ir vandens garus, taip sumažindami vandens slėgį, kuris "dėl to užverda. Verdant atviroje kolboje, pumpuojant orą į kolbą padidinsime vandens slėgį (37 pav., b) Jis nustoja virti. 1 atm vanduo verda 100 ° C temperatūroje, o prie 10 atm- 180 ° C. Ši priklausomybė naudojama, pavyzdžiui, autoklavuose, medicinoje sterilizuojant, gaminant maistą, kad būtų pagreitintas maisto gaminimas.
Kad skystis pradėtų virti, jis turi būti pašildytas iki virimo temperatūros. Norėdami tai padaryti, skysčiui reikia perduoti energiją, pavyzdžiui, šilumos kiekį Q = cm (t ° k - t ° 0)... Verdant skysčio temperatūra išlieka pastovi. Taip yra todėl, kad virimo metu perduodamas šilumos kiekis išleidžiamas ne skysčių molekulių kinetinės energijos didinimui, o molekulinių ryšių nutraukimo darbui, ty garinimui. Kondensacijos metu garai, pagal energijos tvermės dėsnį, pasiduoda iki aplinkąšilumos kiekis, kuris buvo išleistas garinimui. Kondensatas susidaro virimo temperatūroje, kuri kondensacijos proceso metu išlieka pastovi. (Paaiškink kodėl).
Padarykime lygtį šilumos balansas su garavimu ir kondensacija. Skysčio virimo taške paimti garai per vamzdelį A. patenka į kalorimetre esantį vandenį (38 pav., a), jame kondensuojasi, duodami jam gauti šilumos kiekį. Vanduo ir kalorimetras šilumos kiekį šiuo atveju gauna ne tik iš garų kondensacijos, bet ir iš iš jo gaunamo skysčio. Duomenys fiziniai dydžiai pateikiami lentelėje. 3.
Kondensuojantys garai atidavė šilumos kiekį Q p = rm 3(38 pav., b). Iš garų gautas skystis, atvėsęs nuo t ° 3 iki θ °, išskirdavo šilumos kiekį Q 3 = c 2 m 3 (t 3 ° - θ °).
Kalorimetras ir vanduo, kaitinant nuo t ° 2 iki θ ° (38 pav., c), gavo šilumos kiekį
Q 1 = c 1 m 1 (θ ° - t ° 2); Q 2 = c 2 m 2 (θ ° - t ° 2).
Remiantis energijos tvermės ir transformacijos dėsniu
Q p + Q 3 = Q 1 + Q 2,
Virimas yra intensyvus skysčio perėjimas į garus, kai tam tikroje temperatūroje per visą skysčio tūrį susidaro garų burbuliukai.
Garinimas, skirtingai nei virimas, yra labai lėtas procesas ir vyksta bet kokioje temperatūroje, nepriklausomai nuo slėgio.
Kaitinant skystus kūnus, didėja jų vidinė energija, didėja molekulių judėjimo greitis, didėja jų kinetinė energija. Kai kurių molekulių kinetinė energija padidėja tiek, kad jos pakanka įveikti molekulių sąveiką ir išskristi iš skysčio.
Šį reiškinį stebėjome savo patirtimi. Norėdami tai padaryti, atviroje stiklinėje kolboje kaitinome vandenį, matuodami jo temperatūrą. Į stiklinę kolbą įpylėme 100 ml vandens, kurią tada pritvirtinome prie laikiklio ir pastatėme ant spiritinės lempos. Pradinė vandens temperatūra buvo 28 ºC.
Laikas Temperatūra Procesas kolboje
2 minutės 50 ° Ant kolbos sienelių atsirado daug mažų burbuliukų
2 minutės. 45 sek. 62 ° Burbulai pradėjo didėti. Pasigirdo triukšmas
4 minutes 84 ° Burbulai tampa didesni ir kyla į paviršių.
6 min 05 sek 100 ° Burbuliukų tūris smarkiai padidėjo, jie aktyviai sprogo ant paviršiaus. Vanduo verda.
Lentelė Nr.1
Remdamiesi savo stebėjimų rezultatais, galime išskirti virimo etapus.
Virimo etapai:
Garavimas nuo skysčio paviršiaus didėja kylant temperatūrai. Kartais galima pastebėti rūką (pačių garų nesimato).
Oro burbuliukai atsiranda ant indo dugno ir sienelių.
Pirmiausia šildomas indas, o po to skystis apačioje ir prie sienų. Kadangi vandenyje visada yra ištirpusio oro, kaitinant oro burbuliukai plečiasi ir tampa matomi.
Oro burbuliukai pradeda didėti, atsiranda visame tūryje, o burbuliukuose bus ne tik oro, bet ir vandens garų, nes šių oro burbuliukų viduje pradės garuoti vanduo. Pasirodo būdingas triukšmas.
Turėdamas pakankamai didelį burbulo tūrį, veikiamas Archimedo jėgos, jis pradeda kilti aukštyn. Kadangi skystis kaitinamas konvekcija, apatinių sluoksnių temperatūra yra aukštesnė už temperatūrą viršutiniai sluoksniai vandens. Todėl kylančiame burbule kondensuosis vandens garai, sumažės burbulo tūris. Atitinkamai, slėgis burbulo viduje bus mažesnis nei atmosferos ir skysčio kolonėlės slėgis, veikiamas burbulo. Burbulas užsidarys. Girdisi triukšmas.
Tam tikroje temperatūroje, ty kai dėl konvekcijos įkaista visas skystis, burbuliukų tūris artėjant prie paviršiaus smarkiai padidėja, nes slėgis burbulo viduje taps lygus išoriniam slėgiui (atmosferos ir skysčio). stulpelyje). Paviršiuje burbuliukai sprogsta ir virš skysčio susidaro daug garų. Vanduo verda.
Virimo ženklai
Sprogo daug burbuliukų. Paviršiuje daug garų.
Virimo sąlygos:
Slėgis burbulo viduje yra lygus atmosferos slėgiui plius skysčio kolonėlės slėgiui virš burbulo.
Norint užvirti vandenį, neužtenka tik pašildyti iki 100 ° С, taip pat reikia suteikti jam daug šilumos, kad vanduo būtų perduotas kitam. agregacijos būsena, būtent par.
Aukščiau pateiktą teiginį patvirtinome savo patirtimi.
Paėmėme stiklinę kolbą, pritvirtinome ant laikiklio ir padėjome į puodą ant ugnies su svarus vanduo kad butelis neliestų mūsų puodo dugno. Kai vanduo keptuvėje užvirdavo, kolboje vanduo neužvirdavo. Vandens temperatūra kolboje siekė beveik 100 ºС, tačiau neužvirė. Tokį rezultatą buvo galima numatyti.
Išvada: norint užvirti vandenį, neužtenka tik pašildyti iki 100 ° С, reikia tiekti didelį šilumos kiekį.
Bet kuo skiriasi vanduo kolboje ir vanduo puode? Iš tiesų, burbule yra tas pats vanduo, tik atskirtas nuo likusios masės stikline pertvara, kodėl jam neatsitinka tas pats, kas su likusiu vandeniu?
Nes pertvara neleidžia burbuliniam vandeniui dalyvauti tose srovėse, kurios sumaišo visą keptuvėje esantį vandenį. Kiekviena vandens dalelė keptuvėje gali tiesiogiai liesti įkaitintą dugną, o kolboje esantis vanduo liečiasi tik su verdančiu vandeniu.
Taigi, mes pastebėjome, kad neįmanoma užvirti vandens grynu verdančiu vandeniu.
Pasibaigus 2 eksperimentui, puode į verdantį vandenį įberiame saują druskos. Vanduo kurį laiką nustojo virti ir vėl užvirė aukštesnėje nei 100 ºС temperatūroje. Netrukus vanduo stiklinėje kolboje pradėjo virti.
Išvada: Taip atsitiko todėl, kad kolboje esantis vanduo buvo tiekiamas su pakankamu šilumos kiekiu virimui.
Remdamiesi tuo, kas išdėstyta pirmiau, galime aiškiai apibrėžti, kuo skiriasi garinimas ir virimas:
Garavimas yra ramus, paviršutiniškas procesas, vykstantis bet kokioje temperatūroje.
Virimas yra audringas procesas, didelis, kartu su burbuliukų atsidarymu.
3. Virimo temperatūra
Temperatūra, kurioje skystis užverda, vadinama virimo temperatūra.
Kad garavimas vyktų visame skysčio tūryje, o ne tik nuo paviršiaus, tai yra, kad skystis užvirtų, būtina, kad jo molekulės turėtų atitinkamą energiją, o tam jos turi turėti atitinkamą greitį. , o tai reiškia, kad skystis turi būti pašildytas iki tam tikros temperatūros.
Reikėtų prisiminti, kad skirtingos medžiagos turi skirtingą virimo temperatūrą. Medžiagų virimo temperatūros nustatomos eksperimentiniu metodu ir pateikiamos lentelėje.
Medžiagos pavadinimas Virimo temperatūra ° С
Vandenilis -253
Deguonis -183
Pienas 100
Švinas 1740 m
Geležis 2750
Lentelė Nr.2
Kai kurios medžiagos, kurios paprastai yra dujinės, pakankamai atvėsusios virsta skysčiais, kurie verda labai žemoje temperatūroje. Pavyzdžiui, skystas deguonis, kai Atmosferos slėgis verda -183 ºС temperatūroje. Medžiagos, kurias paprastai stebime kietoje būsenoje, ištirpusios virsta skysčiais, verdančiais labai aukštoje temperatūroje.
Skirtingai nuo garavimo, kuris vyksta bet kurioje temperatūroje, virimas vyksta tam tikroje kiekvieno skysčio temperatūros konstantoje. Todėl, pavyzdžiui, gaminant maistą, užvirus vandeniui reikia sumažinti ugnį, taip sutaupysite kuro, o vandens temperatūra išlieka pastovi viso virimo metu.
Atlikome eksperimentą, kad patikrintume vandens, pieno ir alkoholio virimo temperatūrą.
Eksperimento metu pakaitomis kaitinome iki virimo stiklinėje kolboje ant alkoholio lempos, vandens, pieno ir alkoholio. Tuo pačiu matavome ir skysčio temperatūrą jam užvirus.
Išvada: vanduo ir pienas verdami 100 ºС, o alkoholis - 78 ºС.
100ºC verdančio vandens ir pieno virimo laiko grafikas tºC
78ºC virimo laiko alkoholio virimo grafikas
Virimas yra neatsiejamai susijęs su šilumos laidumu, dėl kurio šiluma nuo kaitinimo paviršiaus perduodama skysčiui. Verdančiame skystyje nustatomas tam tikras temperatūros pasiskirstymas. Vandens šilumos laidumas yra labai mažas, tai patvirtinome tokia patirtimi:
Paėmėme mėgintuvėlį, pripylėme vandens, įmerkėme ledo gabalėlį, o kad neplauktų aukštyn, prispaudėme metaline veržle. Be to, vanduo galėjo laisvai patekti į ledą. Tada mes pakreipėme mėgintuvėlį virš spiritinės lempos liepsnos taip, kad liepsna liestų tik mėgintuvėlio viršų. Po 2 minučių vanduo pradėjo virti iš viršaus, tačiau ant mėgintuvėlio dugno liko ledo.
Paslaptis slypi tame, kad mėgintuvėlio apačioje vanduo visai neužverda, o išlieka šaltas, užverda tik viršuje. Plečiantis nuo karščio, vanduo tampa lengvesnis ir nenugrimzta į dugną, o lieka viršutinėje vamzdelio dalyje. Šilto vandens srovės ir sluoksnių maišymasis vyks tik viršutinėje mėgintuvėlio dalyje ir neužfiksuos apatinių, tankesnių sluoksnių. Šildymas gali būti perduodamas tik laidumo būdu, tačiau vandens šilumos laidumas yra labai mažas.
Remdamiesi tuo, kas buvo išdėstyta ankstesnėse darbo pastraipose, išryškiname virimo proceso ypatumus.
Virimo ypatybės
1) Verdant energija eikvojama, o ne išsiskiria.
2) Temperatūra išlieka pastovi viso virimo proceso metu.
3) Kiekviena medžiaga turi savo virimo temperatūrą.
4. Kas lemia virimo temperatūrą
Esant normaliam atmosferos slėgiui, virimo temperatūra yra pastovi, tačiau kintant skysčio slėgiui ji keičiasi. Kuo aukštesnė virimo temperatūra, tuo didesnis slėgis skysčiui ir atvirkščiai.
Atlikome keletą eksperimentų, kad patikrintume šio teiginio teisingumą.
Paėmėme kolbą vandens, uždėjome ant spiritinės lempos, kad sušiltų. Iš anksto buvo paruošta kamštiena su įdėta gumine lempute. Kai kolboje vanduo užvirė, kolbą uždarome kriaušiniu kamščiu. Tada prispaudėme kriaušę, o virimas sustojo iki kolbos. Spausdami kriaušę padidinome slėgį iki kolbos, buvo pažeista virimo sąlyga.
Išvada: Didėjant slėgiui, virimo temperatūra didėja.
Paėmėme kolbą išgaubtu dugnu, užpildome vandeniu ir užviriname. Tada jie uždarė kolbą sandariu kamščiu ir apvertė, pritvirtindami ją laikiklyje. Palaukėme kol vanduo kolboje nustos virti ir kolbą užpylėme verdančiu vandeniu. Kolboje pokyčių nebuvo. Tada ant kolbos dugno dedame sniegą, o vanduo kolboje iškart užvirė.
Taip atsitiko todėl, kad sniegas atvėsino butelio sieneles, dėl to viduje esantys garai sutirštėjo į vandens lašelius. O kadangi oras iš stiklinio butelio buvo išstumtas net verdant, dabar vanduo jame veikiamas daug mažesnio slėgio. Bet yra žinoma, kad kai sumažėja skysčio slėgis, jis verda žemesnėje temperatūroje. Todėl, nors mūsų kolboje yra verdančio vandens, verdantis vanduo nėra karštas.
Išvada: mažėjant slėgiui, mažėja virimo temperatūra.
Kaip žinote, didėjant aukščiui oro slėgis mažėja. Vadinasi, skysčio virimo temperatūra taip pat mažėja didėjant aukščiui ir atitinkamai didėja mažėjant.
Taigi, amerikiečių mokslininkai rado apačioje Ramusis vandenynas, 400 km į vakarus nuo Puget Sound, yra itin karštas šaltinis, kurio vandens temperatūra siekia 400 °C. didelis spaudimas dideliame gylyje esančio šaltinio vandenyse vanduo jame neužverda net esant tokiai temperatūrai.
O kalnuotose vietovėse, 3000 m aukštyje, kur atmosferos slėgis yra 70 kPa, vanduo užverda 90 º C temperatūroje. Todėl šių vietovių gyventojams, naudojantiems tokį verdantį vandenį, maisto ruošimui reikia daug daugiau laiko nei lygumų gyventojams. Ir virkite šiame verdančiame vandenyje, pavyzdžiui, kiaušinis paprastai neįmanoma, nes baltymai nesusilanksto žemesnėje nei 100 ºС temperatūroje.
Žiulio Verno romane „Kapitono Granto vaikai“ keliautojai Andų perėjoje atrado, kad termometras, panardintas į verdantį vandenį, rodo tik 87 laipsnius C.
Šis faktas patvirtina, kad didėjant aukščiui virš jūros lygio, mažėjant atmosferos slėgiui virimo temperatūra mažėja.
5. Virimo vertė
Virimas turi didžiulę praktinę reikšmę tiek kasdieniame gyvenime, tiek gamybos procesuose.
Visi žino, kad be virimo negalėtume pagaminti daugumos patiekalų iš savo raciono. Aukščiau darbe nagrinėjome virimo temperatūros priklausomybę nuo slėgio. Dėl įgytų žinių šioje srityje namų šeimininkės dabar gali naudotis greitpuodžiais. Greitpuodyje maistas kepamas maždaug 200 kPa slėgyje. Tuo pačiu metu vandens virimo temperatūra pasiekia 120 º C. Tokios temperatūros vandenyje „virimo“ procesas vyksta daug greičiau nei įprastame verdančiame vandenyje. Tai paaiškina pavadinimą „slėginė viryklė“.
Taip pat gali būti naudinga sumažinti skysčio virimo temperatūrą. Taigi, pavyzdžiui, esant normaliam atmosferos slėgiui, skystas freonas užverda maždaug 30 ° C temperatūroje. Sumažėjus slėgiui, freono virimo temperatūra gali būti žemesnė nei 0 ° C. Jis naudojamas šaldytuvo garintuve. Dėl kompresoriaus veikimo jame susidaro sumažintas slėgis, o freonas pradeda virsti garais, pašalindamas šilumą iš kameros sienelių. Dėl to sumažėja temperatūra šaldytuvo viduje.
Virimo procesas yra tokių medicinoje būtinų prietaisų, kaip autoklavas (prietaisų sterilizavimo prietaisas), distiliuotojas (distiliuoto vandens ruošimo prietaisas), veikimo pagrindas.
Skirtingų medžiagų virimo temperatūros skirtumas nustato platus pritaikymas technologijose, pavyzdžiui, naftos distiliavimo procese. Kaitinant aliejų iki 360°C, jame lieka ta dalis (mazutas), kurios virimo temperatūra yra aukšta, o tos dalys, kurių virimo temperatūra žemesnė nei 360°C, išgaruoja. Gautas garas naudojamas benzinui ir kai kurioms kitoms degalų rūšims gaminti.
Išvardinome vos kelis virimo naudos pavyzdžius, iš kurių jau galima daryti išvadas apie šio proceso būtinybę ir reikšmę mūsų gyvenime.
6. Išvada
Nagrinėdami virimo temą minėtame darbe įvykdėme darbo pradžioje užsibrėžtus tikslus: nagrinėjome klausimus apie virimo sampratą, identifikavome virimo etapus, paaiškinome procesų priežastis. vykstantį, nustatė virimo požymius, sąlygas ir ypatumus.
Kodėl žmogus pradėjo virti vandenį prieš vartodamas jį tiesiogiai? Teisingai, kad apsisaugotumėte nuo daugelio patogeninių bakterijų ir virusų. Ši tradicija į viduramžių Rusijos teritoriją atkeliavo dar prieš Petrą Didįjį, nors manoma, kad būtent jis į šalį atvežė pirmąjį samovarą ir įvedė neskubios vakaro arbatos gėrimo apeigas. Tiesą sakant, mūsų žmonės naudojo tam tikrą samovarą senovės Rusija gėrimams iš žolelių, uogų ir šaknų gaminti. Virimas čia buvo reikalingas daugiausia naudingiems augalų ekstraktams išgauti, o ne dezinfekcijai. Iš tiesų, tuo metu net nebuvo žinoma apie mikrokosmosą, kuriame gyvena šios bakterijos su virusais. Tačiau dėl virimo mūsų šalį aplenkė pasaulinės baisių ligų, tokių kaip cholera ar difterija, pandemijos.
Celsijaus
Didysis meteorologas, geologas ir astronomas iš Švedijos iš pradžių naudojo 100 laipsnių reikšmę vandens užšalimo temperatūrai įprastomis sąlygomis nurodyti, o vandens virimo temperatūra buvo laikoma nuliu laipsnių. O po jo mirties bent 1744 m įžymus asmuo, botanikas Karlas Linnaeusas ir Celsijaus imtuvas Mortenas Stremeris apvertė šią skalę, kad būtų lengviau naudoti. Tačiau, anot kitų šaltinių, tai prieš pat mirtį padarė pats Celsius. Bet bet kuriuo atveju rodmenų stabilumas ir suprantamas baigimas įtakojo platų jo panaudojimą tarp to meto prestižiškiausių mokslo profesijų – chemikų. Ir, nepaisant to, kad apversta forma 100 laipsnių skalės ženklas nustatė stabilaus vandens virimo tašką, o ne jo užšalimo pradžią, svarstyklės pradėjo vadintis pagrindinio kūrėjo Celsijaus vardu.
Žemiau atmosferos
Tačiau ne viskas taip paprasta, kaip atrodo iš pirmo žvilgsnio. Žvelgdami į bet kurią būsenos diagramą P-T arba P-S koordinatėmis (entropija S yra tiesioginė temperatūros funkcija), matome, kaip glaudžiai susiję temperatūra ir slėgis. Taip pat vanduo, priklausomai nuo slėgio, keičia savo vertes. Ir bet kuris alpinistas puikiai žino šią savybę. Kiekvienas, bent kartą gyvenime pasiekęs 2000–3000 metrų aukštį virš jūros lygio, žino, kaip sunku kvėpuoti aukštyje. Taip yra dėl to, kad kuo aukščiau kylame, tuo retėja oras. Atmosferos slėgis nukrenta žemiau vienos atmosferos (žemiau n., Tai yra žemiau " normaliomis sąlygomis Vandens virimo temperatūra taip pat krenta.Priklausomai nuo slėgio kiekviename aukštyje, jis gali užvirti ir aštuoniasdešimties, ir šešiasdešimties
Slėginiai viryklės
Tačiau reikia atsiminti, kad nors pagrindiniai mikrobai žūva esant aukštesnei nei šešiasdešimties laipsnių Celsijaus temperatūrai, daugelis gali išgyventi ir aštuoniasdešimties ar daugiau laipsnių temperatūroje. Štai kodėl mes stengiamės virti vandenį, tai yra, pakeliame jo temperatūrą iki 100 ° C. Tačiau yra įdomių virtuvės prietaisų, kurie leidžia sutrumpinti laiką ir pašildyti skystį iki aukštos temperatūros, jo neužvirinant ir neprarandant masės dėl garavimo. Supratę, kad vandens virimo temperatūra gali kisti priklausomai nuo slėgio, JAV inžinieriai, remdamiesi prancūzišku prototipu, praėjusio amžiaus 2 dešimtmetyje pasauliui pristatė greitpuodį. Jo veikimo principas pagrįstas tuo, kad dangtelis yra tvirtai prispaudžiamas prie sienų, be galimybės pašalinti garus. Sukurtas vidus aukštas kraujo spaudimas, o vanduo užverda daugiau aukšta temperatūra... Tačiau tokie įrenginiai yra gana pavojingi ir dažnai sukelia sprogimą bei rimtus naudotojų nudegimus.
Tobulai
Pažiūrėkime, kaip vyksta pats procesas. Įsivaizduokite tobulai lygų ir be galo didelį šildymo paviršių, kuriame šiluma pasiskirsto tolygiai (kiekvienam kvadratiniam paviršiaus milimetrui tiekiama tiek pat šilumos energijos), o paviršiaus šiurkštumo koeficientas linkęs į nulį. Šiuo atveju su n. adresu. Virimas laminariniame ribiniame sluoksnyje prasidės vienu metu visame paviršiaus plote ir įvyks akimirksniu, iš karto išgarinant visą skysčio tūrio vienetą ant jo paviršiaus. Tai idealios sąlygos, v Tikras gyvenimas taip nebūna.
Realybėje
Išsiaiškinkime, kokia yra pradinė vandens virimo temperatūra. Priklausomai nuo slėgio, jis taip pat keičia savo reikšmes, tačiau pagrindinis dalykas čia yra toks. Net jei paimtume lygiausią, mūsų nuomone, keptuvę ir patrauktume ją po mikroskopu, tada jos okuliare pamatysime nelygius kraštus ir aštrias dažnas viršūnes, iškilusias virš pagrindinio paviršiaus. Darysime prielaidą, kad šiluma į keptuvės paviršių tiekiama tolygiai, nors iš tikrųjų tai taip pat nėra visiškai tiesa. Net kai keptuvė yra ant didžiausio degiklio, temperatūros gradientas ant viryklės pasiskirsto netolygiai ir visada yra vietinės perkaitimo zonos, atsakingos už ankstyvą vandens užvirimą. Kiek laipsnių yra paviršiaus viršūnėse ir jo žemumose? Nepertraukiamai tiekiant šilumą, paviršiaus viršūnės įšyla greičiau nei žemumos ir vadinamosios įdubos. Be to, iš visų pusių apsupti žemos temperatūros vandens, jie geriau suteikia energijos vandens molekulėms. Smailių šiluminis difuziškumas yra pusantro–du kartus didesnis nei žemumų.
Temperatūros
Štai kodėl pradinė vandens virimo temperatūra yra apie aštuoniasdešimt laipsnių Celsijaus. Esant šiai vertei, paviršiaus smailės tiekia pakankamą kiekį, reikalingą momentiniam skysčio užvirimui ir pirmųjų burbuliukų susidarymui, matomas akimis, kurios nedrąsiai pradeda kilti į paviršių. Ir kokia yra vandens virimo temperatūra normalus slėgis– klausia daugelis. Atsakymą į šį klausimą nesunkiai rasite lentelėse. Esant atmosferos slėgiui, stabilus virimas nustatomas 99,9839 ° C temperatūroje.
Virimas- Tai intensyvus skysčio perėjimas į garus, atsirandantis, kai tam tikroje temperatūroje susidaro garų burbuliukai visame skysčio tūryje.
Verdant virš jo esančio skysčio ir garų temperatūra nekinta. Jis lieka nepakitęs, kol visas skystis nuvirs. Taip yra todėl, kad visa skysčiui tiekiama energija išleidžiama jį paverčiant garais.
Temperatūra, kurioje skystis užverda, vadinama virimo taškas.
Virimo temperatūra priklauso nuo slėgio, veikiančio laisvą skysčio paviršių. Taip yra dėl sočiųjų garų slėgio priklausomybės nuo temperatūros. Garų burbulas auga tol, kol jame esančių sočiųjų garų slėgis yra šiek tiek didesnis už slėgį skystyje, kuris yra išorinio slėgio ir skysčio kolonėlės hidrostatinio slėgio suma.
Kuo didesnis išorinis spaudimas, tuo daugiau virimo temperatūra.
Visi žino, kad vanduo užverda 100 ºC temperatūroje. Tačiau neturėtume pamiršti, kad tai tiesa tik esant normaliam atmosferos slėgiui (apie 101 kPa). Didėjant slėgiui, didėja vandens virimo temperatūra. Pavyzdžiui, greitpuodžiuose maistas kepamas maždaug 200 kPa slėgyje. Tuo pačiu metu vandens virimo temperatūra pasiekia 120 ° С. Tokios temperatūros vandenyje virimo procesas vyksta daug greičiau nei įprastame verdančiame vandenyje. Tai paaiškina pavadinimą „slėginė viryklė“.
Ir atvirkščiai, mažindami išorinį slėgį, taip sumažiname virimo temperatūrą. Pavyzdžiui, kalnuotose vietovėse (3 km aukštyje, kur slėgis yra 70 kPa) vanduo užverda 90 ° C temperatūroje. Todėl šių vietovių gyventojai, naudojantys tokį verdantį vandenį, maistui ruošti reikalauja žymiai daugiau laiko nei lygumų gyventojai. Ir, pavyzdžiui, vištienos kiaušinio virti šiame verdančiame vandenyje paprastai neįmanoma, nes žemesnėje nei 100 ° C temperatūroje baltymai nesustingsta.
Kiekvienas skystis turi savo virimo temperatūrą, kuri priklauso nuo sočiųjų garų slėgio. Kuo didesnis sočiųjų garų slėgis, tuo žemesnė atitinkamo skysčio virimo temperatūra, nes žemesnėje temperatūroje sočiųjų garų slėgis tampa lygus atmosferiniam. Pavyzdžiui, esant 100 ° C virimo temperatūrai, sočiųjų vandens garų slėgis yra 101 325 Pa (760 mm Hg), o garų slėgis yra tik 117 Pa (0,88 mm Hg). Gyvsidabris verda 357 ° C temperatūroje esant normaliam slėgiui.
Garavimo šiluma.
Garavimo šiluma (garavimo šiluma)- šilumos kiekis, kuris turi būti perduotas medžiagai (esant pastoviam slėgiui ir pastoviai temperatūrai), kad skysta medžiaga visiškai virstų garais.
Šilumos kiekis, reikalingas garavimui (arba išsiskiriantis kondensacijos metu). Šilumos kiekiui apskaičiuoti K reikalingas virimo taške paimtam bet kokios masės skysčiui paversti garais, jums reikia specifinė šiluma garinimas r proto peilį į žemę m:
Kondensuojantis garams išsiskiria tiek pat šilumos.
Verdant skystis pradeda intensyviai virsti garais, jame susidaro garų burbuliukai, kylantys į paviršių. Kaitinant, iš pradžių garai atsiranda tik skysčio paviršiuje, vėliau šis procesas prasideda visame tūryje. Ant indo dugno ir sienelių atsiranda nedideli burbuliukai. Kylant temperatūrai, didėja slėgis burbuliukų viduje, jie didėja ir kyla aukštyn.
Temperatūrai pasiekus vadinamąją virimo temperatūrą, ima smarkiai formuotis burbuliukai, jų daug, skystis užverda. Susidaro garai, kurių temperatūra išlieka pastovi, kol susikaupia visas vanduo. Jei garavimas vyksta normaliomis sąlygomis, esant standartiniam 100 MPa slėgiui, jo temperatūra yra 100 ° C. Dirbtinai padidinus slėgį, gali susidaryti perkaitinti garai. Mokslininkams pavyko pašildyti vandens garus iki 1227 ° C temperatūros, toliau kaitinant, jonų disociacija paverčia garus plazma.
Esant tam tikrai kompozicijai ir pastoviam slėgiui, bet kurio skysčio virimo temperatūra yra pastovi. Vadovėliuose ir žinynuose galite pamatyti lenteles, kuriose nurodyta įvairių skysčių ir net metalų virimo temperatūra. Pavyzdžiui, vanduo verda 100 ° C temperatūroje 78,3 ° C temperatūroje, eteris - 34,6 ° C, auksas - 2600 ° C, o sidabras - 1950 ° C. Šie duomenys skirti standartiniam 100 MPa slėgiui ir apskaičiuojami jūros lygyje.
Kaip pakeisti virimo temperatūrą
Jei slėgis mažėja, virimo temperatūra mažėja, net jei sudėtis išlieka tokia pati. Tai reiškia, kad įkopus į 4000 metrų aukščio kalną su puodu vandens ir uždėjus jį ant ugnies, vanduo užvirs 85 °C temperatūroje, o malkų reikės kur kas mažiau nei žemiau.
Namų šeimininkėms bus įdomu palyginti su greitpuodžiu, kuriame dirbtinai padidinamas slėgis. Taip pat pakyla vandens virimo temperatūra, dėl kurios maistas iškepa daug greičiau. Šiuolaikiniai greitpuodžiai leidžia sklandžiai keisti virimo temperatūrą nuo 115 iki 130 °C ir daugiau.
Kita vandens virimo temperatūros paslaptis yra jo sudėtis. Kietas vanduo, kuriame yra įvairios druskos, verda ilgiau ir įkaitinti reikia daugiau energijos. Jei į litrą vandens įbersite du šaukštus druskos, jo virimo temperatūra padidės 10 °C. Tą patį galima pasakyti apie cukrų, 10 proc. cukraus sirupas verda 100,1 °C temperatūroje.