Kaip keičiasi virimo temperatūra? Verdantys skysčiai

Virimas- tai garavimas, kuris vyksta vienu metu tiek nuo paviršiaus, tiek per visą skysčio tūrį. Jį sudaro tai, kad iškyla ir sprogsta daugybė burbulų, sukeldami būdingą šurmulį.

Kaip rodo patirtis, skysčio virimas, esant tam tikram išoriniam slėgiui, prasideda gana apibrėžtoje temperatūroje, kuri virimo metu nekinta ir gali vykti tik tada, kai dėl šilumos perdavimo energija tiekiama iš išorės (1 pav.). :

kur L - specifinė šiluma garinimas virimo temperatūroje.

Virimo mechanizmas: skystyje visada yra ištirpusių dujų, kurių tirpimo laipsnis mažėja didėjant temperatūrai. Be to, ant indo sienelių yra adsorbuotų dujų. Kai skystis pašildomas iš apačios (2 pav.), dujos burbuliukų pavidalu pradeda išsiskirti prie indo sienelių. Skystis išgaruoja į šiuos burbuliukus. Todėl, be oro, juose yra ir sočiųjų garų, kurių slėgis, kylant temperatūrai, sparčiai didėja, o burbuliukų tūris auga, taigi, didėja juos veikiančios Archimedo jėgos. Kai plūduriavimo jėga tampa didesnė už burbulo gravitaciją, jis pradeda plūduriuoti. Bet kol skystis tolygiai įkaista, jam kylant, burbulo tūris mažėja (mažėjant temperatūrai mažėja sočiųjų garų slėgis) ir, dar nepasiekę laisvo paviršiaus, burbuliukai išnyksta (susitraukia) (2 pav., a) todėl prieš verdant girdime būdingą triukšmą. Kai skysčio temperatūra išsilygins, burbulo tūris padidės jam kylant, nes sočiųjų garų slėgis nesikeičia, o išorinis slėgis burbulą, kuris yra skysčio hidrostatinio slėgio virš burbulo suma. ir atmosferos slėgis, mažėja. Burbulas pasiekia laisvą skysčio paviršių, sprogsta ir išeina sotieji garai (2 pav., b) – skystis užverda. Sočiųjų garų slėgis burbuliukuose praktiškai lygus išoriniam slėgiui.

Temperatūra, kurioje skysčio sočiųjų garų slėgis yra lygus išoriniam slėgiui jo laisvajame paviršiuje, vadinama virimo taškas skysčių.

Kadangi sočiųjų garų slėgis didėja didėjant temperatūrai, o verdant jis turėtų būti lygus išoriniam, tada didėjant išorinis slėgis virimo temperatūra didėja.

Virimo temperatūra taip pat priklauso nuo priemaišų buvimo, dažniausiai didėjant priemaišų koncentracijai.

Jeigu skystis iš pradžių išlaisvinamas iš jame ištirpusių dujų, tuomet jis gali būti perkaitintas, t.y. pašildykite virš virimo temperatūros. Tai nestabili skysčio būsena. Užtenka nedidelio purtymo ir skystis užverda, o jo temperatūra iškart nukrenta iki virimo temperatūros.

Garinimo centrai. Virimo procesui būtina, kad skystyje būtų nehomogeniškumo - dujinės fazės branduolių, kurie atlieka garavimo centrų vaidmenį. Paprastai skystyje yra ištirpusių dujų, kurios išsiskiria burbuliukais ant indo dugno ir sienelių bei ant skystyje pakibusių dulkių dalelių. Kaitinant, šie burbuliukai didėja ir dėl sumažėjusio dujų tirpumo esant temperatūrai, ir dėl juose esančio skysčio išgaravimo. Burbulai, kurių tūris padidėjo, plūduriuoja, veikiami Archimedo plūdrumo jėgos. Jei viršutiniuose skysčio sluoksniuose yra daugiau žema temperatūra, tuomet dėl garų kondensacijos slėgis juose smarkiai nukrenta ir burbuliukai „sugriūva“ su būdingu triukšmu. Kai visas skystis sušyla iki virimo temperatūros, burbuliukai nustoja byrėti ir išplaukia į paviršių: visas skystis užverda.

Bilieto numeris 15

1. Temperatūros pasiskirstymas pagal cilindrinio kuro elemento spindulį.

Kadangi sočiųjų garų slėgį vienareikšmiškai lemia temperatūra, o skysčio virimas vyksta tuo momentu, kai šio skysčio sočiųjų garų slėgis yra lygus išoriniam slėgiui, virimo temperatūra turi priklausyti nuo išorinio slėgio. . Eksperimentų pagalba nesunku parodyti, kad mažėjant išoriniam slėgiui virimo temperatūra mažėja, o didėjant slėgiui – kyla.

Skysčio virimas sumažintame slėgyje gali būti parodytas naudojant šį eksperimentą. Į stiklinę supilkite vandenį iš čiaupo ir nuleiskite į ją termometrą. Stiklinė vandens dedama po stikliniu vakuuminio bloko kupolu ir įjungiamas siurblys. Kai slėgis po dangteliu pakankamai sumažėja, vanduo stiklinėje pradeda virti. Kadangi energija eikvojama garinimui, verdant vandens temperatūra stiklinėje pradeda mažėti, o gerai veikiant siurbliui, vanduo galiausiai užšąla.

Vanduo šildomas iki aukštos temperatūros boileriuose ir autoklavuose. Autoklavo įtaisas parodytas fig. 8.6, kur K yra apsauginis vožtuvas, yra vožtuvą spaudžianti svirtis, M yra slėgio matuoklis. Esant didesniam nei 100 atm slėgiui, vanduo įkaista iki aukštesnės nei 300 °C temperatūros.

8.2 lentelė. Kai kurių medžiagų virimo temperatūra

Skysčio virimo temperatūra esant normaliam atmosferos slėgiui vadinama virimo temperatūra. Iš lentelės. 8.1 ir 8.2 aišku, kad eterio, vandens ir alkoholio sočiųjų garų slėgis virimo temperatūroje yra 1,013 105 Pa (1 atm).

Iš to, kas išdėstyta pirmiau, išplaukia, kad giliose kasyklose vanduo turėtų virti aukštesnėje nei 100 ° C temperatūroje, o kalnuotose vietovėse- žemiau 100 °С. Kadangi vandens virimo temperatūra priklauso nuo aukščio virš jūros lygio, termometro skalėje vietoj temperatūros galite nurodyti aukštį, kuriame vanduo verda šioje temperatūroje. Ūgio nustatymas naudojant tokį termometrą vadinamas hipsometrija.

Patirtis rodo, kad tirpalo virimo temperatūra visada yra aukštesnė už gryno tirpiklio virimo temperatūrą ir didėja didėjant tirpalo koncentracijai. Tačiau garų temperatūra virš verdančio tirpalo paviršiaus yra lygi gryno tirpiklio virimo temperatūrai. Todėl norint nustatyti gryno skysčio virimo temperatūrą, termometrą geriau dėti ne į skystį, o į garus virš verdančio skysčio paviršiaus.

Virimo procesas yra glaudžiai susijęs su ištirpusių dujų buvimu skystyje. Jei jame ištirpusios dujos pašalinamos iš skysčio, pavyzdžiui, ilgai verdant, tai šį skystį galima pašildyti iki žymiai aukštesnės nei jo virimo temperatūra. Toks skystis vadinamas perkaitintu. Nesant dujų burbuliukų, susidaryti mažiausiems garų burbuliukams, kurie galėtų tapti garavimo centrais, neleidžia Laplaso slėgis, kuris yra didelis mažam burbulo spinduliui. Tai paaiškina skysčio perkaitimą. Kai užverda, verda labai smarkiai.

Virimo temperatūra ir slėgis

Vandens virimo temperatūra yra 100 °C; galima manyti, kad tai yra būdinga vandens savybė, kad vanduo, kad ir kokiomis sąlygomis jis būtų, visada verda 100 ° C temperatūroje.

Tačiau taip nėra, o kalnų kaimų gyventojai tai puikiai žino.

Netoli Elbruso viršūnės yra turistų namas ir mokslo stotis. Pradedantiesiems kartais kyla klausimas, „kaip sunku išvirti kiaušinį verdančiame vandenyje“ arba „kodėl verdantis vanduo nedega“. Tokiais atvejais jiems sakoma, kad vanduo Elbruso viršūnėje užverda jau 82 °C temperatūroje.

Kas čia per reikalas? Koks fizinis veiksnys trukdo virimo reiškiniui? Kokia yra aukščio reikšmė?

Šis fizikinis veiksnys yra slėgis, veikiantis skysčio paviršių. Jums nereikia lipti į kalno viršūnę, kad patikrintumėte, kas pasakyta.

Padėjus po varpu pašildytą vandenį ir pumpuojant orą į jį arba iš jo galima įsitikinti, kad didėjant slėgiui virimo temperatūra kyla, o mažėjant – krenta.

Vanduo užverda 100 °C temperatūroje tik esant tam tikram slėgiui – 760 mm Hg.

Virimo temperatūros ir slėgio kreivė parodyta fig. 98. Elbruso viršūnėje slėgis yra 0,5 atm, o šis slėgis atitinka 82 ° C virimo temperatūrą.

Tačiau kai vanduo verda 10–15 mm Hg, galite atsigaivinti karštas oras. Esant tokiam slėgiui, virimo temperatūra nukris iki 10–15 °C.

Galite gauti net „verdančio vandens“, kurio temperatūra prilygsta užšąlančio vandens temperatūrai. Norėdami tai padaryti, turėsite sumažinti slėgį iki 4,6 mm Hg.

Įdomų vaizdą galima pastebėti, jei po varpu pastatysite atvirą indą su vandeniu ir išsiurbsite orą. Siurbiant vanduo užvirs, bet verdant reikia šilumos. Nėra iš kur jo paimti, o vanduo turės atiduoti savo energiją. Verdančio vandens temperatūra pradės kristi, tačiau siurbiant toliau mažės ir slėgis. Todėl virimas nesiliaus, vanduo toliau vės ir galiausiai užšals.

Toks virimas saltas vanduo atsiranda ne tik siurbiant orą. Pavyzdžiui, kai sukasi laivo sraigtas, slėgis vandens sluoksnyje, greitai judančiame šalia metalinio paviršiaus, smarkiai nukrenta ir vanduo šiame sluoksnyje užverda, t.y. joje atsiranda daug garais užpildytų burbuliukų. Šis reiškinys vadinamas kavitacija (iš lotyniško žodžio cavitas – ertmė).

Sumažindami slėgį, sumažiname virimo temperatūrą. O kaip tai padidinti? Į šį klausimą atsako toks grafikas kaip mūsų. 15 atm slėgis gali atitolinti vandens virimą, jis prasidės tik esant 200 °C, o 80 atm slėgis užvirs tik 300 °C temperatūroje.

Taigi, tam tikras išorinis slėgis atitinka tam tikrą virimo temperatūrą. Tačiau šį teiginį taip pat galima „apversti“, sakant: kiekviena vandens virimo temperatūra atitinka savo specifinį slėgį. Šis slėgis vadinamas garų slėgiu.

Kreivė, vaizduojanti virimo temperatūrą kaip slėgio funkciją, taip pat yra garų slėgio kreivė kaip temperatūros funkcija.

Virimo taško grafike (arba garų slėgio grafike) pavaizduoti skaičiai rodo, kad garų slėgis labai greitai kinta priklausomai nuo temperatūros. Esant 0 °C (t. y. 273 K) garų slėgis yra 4,6 mm Hg, 100 °C (373 K) – 760 mm, t.y., padidėja 165 kartus. Temperatūrai padidėjus dvigubai (nuo 0 °C, t.y. 273 K, iki 273 °C, t. y. 546 K), garų slėgis padidėja nuo 4,6 mm Hg iki beveik 60 atm, t.y. apie 10 000 kartų.

Todėl, priešingai, virimo temperatūra keičiasi gana lėtai dėl slėgio. Padidinus slėgį dvigubai – nuo 0,5 atm iki 1 atm, virimo temperatūra pakyla nuo 82 °C (t. y. 355 K) iki 100 °C (t. y. 373 K), o padvigubėjus nuo 1 atm iki 2 atm – nuo 100 °C ( ty 373 K) iki 120 °C (ty 393 K).

Ta pati kreivė, kurią dabar svarstome, taip pat kontroliuoja garų kondensaciją (sutirštėjimą) į vandenį.

Garai gali būti paverčiami vandeniu suspaudimo arba aušinimo būdu.

Tiek verdant, tiek kondensuojantis taškas nenukryps nuo kreivės, kol nebus baigtas garų pavertimas vandeniu arba vandens garais. Tai galima suformuluoti ir taip: mūsų kreivės sąlygomis ir tik tokiomis sąlygomis galimas skysčio ir garų sambūvis. Jei tuo pačiu metu šiluma nepateikiama arba nepašalinama, tada įeina garų ir skysčio kiekiai uždaras indas išliks nepakitęs. Sakoma, kad tokie garai ir skystis yra pusiausvyroje, o garai, esantys pusiausvyroje su skysčiu, yra sotūs.

Virimo ir kondensacijos kreivė, kaip matome, turi kitą reikšmę – tai skysčio ir garų pusiausvyros kreivė. Pusiausvyros kreivė padalija diagramos lauką į dvi dalis. kairėn ir aukštyn (iki aukšta temperatūra ir mažesnis slėgis) yra pastovios garų būsenos sritis. Dešinėje ir žemyn yra stabilios skysčio būsenos sritis.

Garų ir skysčių pusiausvyros kreivė, t.y. virimo taško priklausomybės nuo slėgio kreivė arba, kas yra tokia pati, garų slėgio nuo temperatūros, yra maždaug vienoda visiems skysčiams. Kai kuriais atvejais pokytis gali būti kiek ryškesnis, kitais kiek lėtesnis, tačiau visada garų slėgis sparčiai didėja didėjant temperatūrai.

Mes ne kartą vartojome žodžius „dujos“ ir „garas“. Šie du žodžiai yra beveik vienodi. Galime sakyti: vandens dujos yra vandens garai, dujinis deguonis yra deguonies skysčio garai. Nepaisant to, šių dviejų žodžių vartojimo įpročiai susiformavo. Kadangi esame įpratę prie tam tikro santykinai mažo temperatūrų diapazono, žodį „dujos“ dažniausiai vartojame toms medžiagoms, kurių garų slėgis įprastoje temperatūroje viršija atmosferos slėgį. Priešingai, mes kalbame apie porą, kai kambario temperatūra ir atmosferos slėgį, medžiaga yra stabilesnė skysčio pavidalu.

Iš knygos Fizikai ir toliau juokauja autorius Konobjevas Jurijus

Apie absoliutaus nulio temperatūros kvantinę teoriją D. Back, G. Bethe, W. Ritzler (Cambridge) „Apie absoliutaus nulio temperatūros kvantinę teoriją“ ir pastabas, kurių vertimai pateikiami žemiau: Apie absoliutaus nulio kvantinę teoriją temperatūra Apatinio žandikaulio judėjimas dideliu

Iš knygos Fizika juokauja autorius Konobjevas Jurijus

Apie absoliučios nulinės temperatūros kvantinę teoriją Žemiau pateikiamas užrašo „parašė garsūs fizikai ir paskelbtas Natur-wissenschaften. Žurnalo redaktoriai „pakliuvo ant didžiųjų vardų masalo“ ir, nesigilindami į to, kas parašyta, gautą medžiagą išsiuntė į

Iš knygos Medicinos fizika autorius Podkolzina Vera Aleksandrovna

6. Matematinė statistika ir priklausomybė nuo koreliacijos Matematinė statistika yra mokslas apie matematiniai metodai statistinių duomenų sisteminimas ir panaudojimas sprendžiant mokslines ir praktines problemas. Matematinė statistika glaudžiai siejasi su autoriaus teorija

Iš autorės knygos

Slėgio pokytis didėjant aukščiui Keičiantis aukščiui, slėgis mažėja. 1648 metais Paskalio vardu pirmą kartą tai išaiškino prancūzas Perrier.Pyu de Dome kalnas, prie kurio gyveno Perjė, buvo 975 m aukščio.Matavimai parodė, kad kopiant į torricelio vamzdelį krenta gyvsidabris.

Iš autorės knygos

Slėgio įtaka lydymosi temperatūrai Pakeitus slėgį, pasikeis ir lydymosi temperatūra. Su tokiu pat reguliarumu susitikdavome ir kalbėdami apie virimą. Kuo didesnis slėgis, tuo aukštesnė virimo temperatūra. Paprastai tai galioja ir lydymui. bet

Virimas- tai garavimas, kuris vyksta vienu metu tiek nuo paviršiaus, tiek per visą skysčio tūrį. Jį sudaro tai, kad iškyla ir sprogsta daugybė burbulų, sukeldami būdingą šurmulį.

čia L yra savitoji garavimo šiluma virimo temperatūroje.

Temperatūra, kurioje skysčio sočiųjų garų slėgis yra lygus išoriniam slėgiui jo laisvajame paviršiuje, vadinama virimo taškas skysčių.

Kadangi sočiųjų garų slėgis didėja didėjant temperatūrai, o verdant jis turi būti lygus išoriniam slėgiui, didėjant išoriniam slėgiui, virimo temperatūra didėja.

Virimo temperatūra taip pat priklauso nuo priemaišų buvimo, dažniausiai didėjant priemaišų koncentracijai.

Paruošti įvairius skanus maistas, dažnai reikia vandens, o pakaitinus jis anksčiau ar vėliau užvirs. Tuo pačiu kiekvienas išsilavinęs žmogus žino, kad vanduo pradeda virti šimtui laipsnių Celsijaus temperatūroje, o toliau kaitinant jo temperatūra nekinta. Būtent ši vandens savybė naudojama gaminant maistą. Tačiau ne visi žino, kad taip būna ne visada. Vanduo gali užvirti iki skirtinga temperatūra priklausomai nuo sąlygų, kuriomis jis yra. Pabandykime išsiaiškinti, nuo ko priklauso vandens virimo temperatūra ir kaip ją naudoti.

Kaitinant, vandens temperatūra artėja prie virimo taško, o visame tūryje susidaro daugybė burbuliukų, kurių viduje yra vandens garų. Garų tankis yra mažesnis už vandens tankį, todėl Archimedo jėga, veikianti burbulus, pakelia juos į paviršių. Tuo pačiu metu burbuliukų tūris arba didėja, arba mažėja, todėl verdantis vanduo skleidžia būdingus garsus. Pasiekę paviršių burbuliukai su vandens garais sprogsta, dėl šios priežasties verdantis vanduo intensyviai šniokščia, išskirdamas vandens garus.

Virimo temperatūra aiškiai priklauso nuo slėgio, veikiančio vandens paviršių, o tai paaiškinama sočiųjų garų slėgio burbuliukuose priklausomybe nuo temperatūros. Tuo pačiu metu garų kiekis burbuliukų viduje ir kartu jų tūris didėja tol, kol prisotinimo garų slėgis viršija vandens slėgį. Šis slėgis yra vandens hidrostatinio slėgio, atsirandančio dėl gravitacinio traukos į Žemę, ir išorinio atmosferos slėgio suma. Todėl vandens virimo temperatūra didėja didėjant atmosferos slėgiui ir mažėja jam mažėjant. Tik esant normaliam atmosferos slėgiui 760 mm Hg. (1 atm.) vanduo užverda 100 0 C temperatūroje. Žemiau pateiktas vandens virimo temperatūros priklausomybės nuo atmosferos slėgio grafikas:

Iš grafiko matyti, kad jei padidinsime Atmosferos slėgis iki 1,45 atm, tada vanduo užvirs jau 110 0 C. Esant 2,0 atm oro slėgiui. vanduo užvirs 120 0 C ir pan. Padidinus vandens virimo temperatūrą, galima pagreitinti ir pagerinti karšto maisto gaminimo procesą. Tam jie išrado greitpuodžius – keptuves su specialiu hermetiškai uždarytu dangčiu, įtaisytus specialiais vožtuvais virimo temperatūrai reguliuoti. Dėl sandarumo slėgis juose pakyla iki 2-3 atm., dėl kurio vandens virimo temperatūra yra 120-130 0 C. Tačiau reikia atsiminti, kad greitpuodžių naudojimas yra kupinas pavojaus: garai išėjęs iš jų turi didelis spaudimas ir aukšta temperatūra. Todėl turite būti kiek įmanoma atsargesni, kad nesudegtumėte.

Sumažėjus atmosferos slėgiui, pastebimas priešingas poveikis. Šiuo atveju virimo temperatūra taip pat mažėja, o tai atsitinka didėjant aukščiui virš jūros lygio:

Vidutiniškai kopiant 300 m vandens virimo temperatūra sumažėja 1 0 C, o gana aukštai kalnuose nukrenta iki 80 0 C, todėl gali kilti tam tikrų maisto gaminimo sunkumų.

Jei vis dėlto slėgis dar sumažinamas, pavyzdžiui, išpumpuojant orą iš indo su vandeniu, tai esant 0,03 atm oro slėgiui. vanduo užvirs jau kambario temperatūroje, ir tai gana neįprasta, nes įprasta vandens virimo temperatūra yra 100 0 C.