Что такое теплота парообразования

Удельная теплота парообразования

что такое теплота парообразования

Знаете ли вы, какова температура варящегося супа? 100 ˚С. Ни больше, ни меньше. При той же температуре закипает чайник, и варятся макароны. Что это значит?

Почему при постоянном подогреве кастрюльки или чайника горящим газом температура воды внутри не подымается выше ста градусов? Дело в том, что когда вода достигает температуры в сто градусов, вся поступающая тепловая энергия расходуется на переход воды в газообразное состояние, то есть испарение.

До ста градусов испарение происходит в основном с поверхности, а достигнув этой температуры, вода закипает. Кипение – это тоже испарение, но только по всему объему жидкости.

Пузырьки с горячим паром образуются внутри воды и, будучи легче воды, эти пузырьки вырываются на поверхность, а пар из них улетучивается в воздух.

До ста градусов температура воды при нагревании растет. После ста градусов при дальнейшем нагревании будет расти температура водяного пара. А вот пока вся вода не выкипит при ста градусах, ее температура не повысится, сколько энергии не прикладывай.

Куда девается эта энергия, мы уже разобрались – на переход воды в газообразное состояние. Но раз существует такое явление, значит должна быть описывающая это явление физическая величина. И такая величина существует.

Называется она удельной теплотой парообразования.

Удельная теплота парообразования воды

Удельная теплота парообразования – это физическая величина, которая показывает количество теплоты, нужное, чтобы превратить жидкость массой 1 кг в пар при температуре кипения. Обозначается удельная теплота парообразования буквой L. А единицей измерения является джоуль на килограмм (1 Дж/кг).

Удельную теплоту парообразования можно найти из формулы:

L=Q/m,

где Q – это количество теплоты,
m – масса тела.

Кстати, формула такая же, как и для расчета удельной теплоты плавления, разница лишь в обозначении. λ и L

Опытным путем найдены значения удельной теплоты парообразования различных веществ и составлены таблицы, откуда можно найти данные для каждого вещества. Так, удельная теплота парообразования воды равна 2,3*106 Дж/кг.

Это означает, что на каждый килограмм воды необходимо потратить количество энергии, равное 2,3*106 Дж, чтобы превратить ее в пар. Но при этом вода должна уже обладать температурой кипения.

Если вода изначально была более низкой температуры, то необходимо рассчитать еще то количество теплоты, которое потребуется для подогрева воды до ста градусов.

В реальных условиях часто требуется определить количество теплоты, необходимое для превращения в пар определенной массы какой-либо жидкости, поэтому чаще приходится иметь дело с формулой вида: Q=Lm, а значения удельной теплоты парообразования для конкретного вещества берут из готовых таблиц.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Испарение и кипение: как происходит процесс, особенности
Следующая тема:   Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Источник: http://www.nado5.ru/e-book/udelnaya-teplota-paroobrazovaniya

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА ПАРООБРАЗОВАНИЯ

Для перехода разных веществ из жидкого состояния в газообразное требуется разное количество теплоты.

Так, опытным путём было установлено, что для превращения в пар 1 кг воды при температуре 100 °С требуется 2,3 • 106 Дж энергии. Чтобы превратить в пар спирт массой 1 кг при температуре кипения, требуется 0,9 • 106 Дж энергии.

Для превращения в пар 2 кг воды при температуре 100 °С необходимо передать вдвое большее количество теплоты, чем в случае испарения 1 кг воды, т. е. 4,6 • 106 Дж. Аналогично для превращения в пар спирта массой 2 кг при температуре кипения потребуется 1,8 • 106 Дж энергии.

Таким образом, количество теплоты, необходимое для превращения жидкости в пар при температуре кипения, пропорционально массе жидкости.

Количество теплоты зависит также от рода жидкости. Поэтому формулу для определения количества теплоты, необходимого для превращения жидкости массой m в пар при температуре кипения, следует записать в виде:

Q = Lm, (1)
где L — некоторая величина, характеризующая тепловые свойства жидкости.

Обсудим физический смысл величины L. Если массу жидкости принять равной единице, то согласно формуле (1) величина L будет численно равна количеству теплоты, необходимому для превращения в пар жидкости массой 1 кг при температуре кипения:

L = Q / m, (2)

Физическую величину, показывающую, какое количество теплоты необходимо для превращения в пар жидкости массой 1 кг при постоянной температуре, называют удельной теплотой парообразования.

Удельную теплоту парообразования обозначают буквой L. Её единица — джоуль на килограмм (Дж/кг).

Таким образом, если для превращения воды массой 1 кг в пар при температуре 100 С требуется затратить 2,3 • 106 Дж энергии, то удельная теплота парообразования воды равна 2,3 • 106 Дж/кг. При этом затраченная энергия пойдёт на увеличение внутренней энергии вещества.

Удельная теплота парообразования показывает, на сколько увеличивается внутренняя энергия вещества массой 1 кг при переходе из жидкого состояния в газообразное при температуре кипения. Таким образом, при температуре кипения внутренняя энергия вещества в парообразном состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в жидком состоянии.

Энергия, необходимая для перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, значительно превышает энергию, необходимую для нагревания этого вещества до температуры кипения, или энергию, необходимую для плавления этого вещества.

Например, для плавления 1 кг льда с температурой 0 °С требуется 340 кДж энергии. Для нагревания полученной воды массой 1 кг от 0 до 100 °С необходимо уже 420 кДж. А для того чтобы превратить эту воду в 1 кг пара с температурой, равной тем же 100 °С, требуется 2260 кДж (≈2,3 • 106 Дж) энергии.

ВЫДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ

Если водяной пар соприкасается с холодными предметами, происходит его конденсация. Пар отдаёт то количество теплоты, которое пошло на его образование.

Например, если для превращения 1 кг воды в пар при температуре 100 °С требуется затратить 2,3 • 106 Дж энергии, то при конденсации 1 кг водяного пара при той же температуре выделяется точно такое же количество теплоты.

Какое количество энергии необходимо для превращения в пар воды массой 3 кг, взятой при температуре 10 °С? Запишем условие задачи и решим её.

Ответ: Q = 8,034 • 106 Дж, или 8034 кДж.

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Удельная теплота парообразования».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Источник: http://xn--8-8sb3ae5aa.xn--p1ai/udelnaja-teplota-paroobrazovanija/

Кипение. Удельная теплота парообразования

что такое теплота парообразования

Цели:

  • Образовательные: Сформировать представление о процессе кипения. Ввести понятие кипение, температура кипения, удельная теплота парообразования. Познакомить с математической записью процесса парообразования. Вспомнить и повторить понятие испарение, насыщенный/ненасыщенный пар
  • Развивающие: Совершенствовать навыки решения задач, применять их на практике. Развивать пространственное мышление, воображение, память. Развивать навыки работы в паре
  • Воспитательные: Воспитывать позитивное отношение к познаваемости окружающего мира. Воспитывать правильность и аккуратность при оформлении записей, рисунков, задач. Прививать ответственность за поставленную оценку во взаимопроверке. Воспитывать ЗОЖ

Тип урока: комбинированный.

Формы работы учащихся: индивидуальная, парная, фронтальная.

Оборудование: Учебник физики Перышкин А.В. 8 кл, 2013 г, «Домашняя работа по физике за 7-9 кл» М: Дрофа 2010 г., видеоролик № 1 «Что такое кипение?», видеоролик № 2 «Кипение воды, опыт с вакуумом», электрический чайник с водой, колба с водой, наглядный плакат «Испарение.Кипение», дидактические карточки Самостоятельной работы в 2х вариантах, проектор, экран, звуковые колонки.

Этапы урока:

  1. Организационный момент (0,5 мин)
  2. Психологический настрой на урок (0,5 мин)
  3. Постановка цели к уроку + повторение пройденного материала (5 мин)
  4. Актуализация новых знаний (3 мин)
  5. Изучение новой темы + ролик «Что такое кипение?» (10 мин)
  6. Закрепление изученного (7 мин)
  7. Физминутка (1 мин)
  8. Самостоят. работа + взаимопроверка (14 мин)
  9. ролик № 2 «Кипение воды, опыт с вакуумом» (1,5 мин)
  10. Итоги урока. Запись д/з в дневники. Оценки. Рефлексия (2,5 мин)

Орг. момент (0,5 мин)

Добрый день, ребята! Присаживайтесь? Все готовы к уроку? Как ваши дела? Как настроение? Кого сегодня нет? Доска готова?

Психологический настрой на урок (0,5 мин)

Вот вы поздоровались со мной, давайте теперь поздороваемся с соседом по парте и пожелаем ему на уроке успеха. (Дети прикасаются пальцами правой руки поочередно и проговаривают: Желаю, успеха, большого, всегда и везде – Здравствуйте! Затем все вместе: 1,2,3,4,5, Я хочу успешным стать. Буду я стараться, Будет получаться.) Отлично!

Постановка цели к уроку + повторение пройденного материала (5 мин)

Вы уже обратили внимание на доску и прочитали тему нашего сегодняшнего урока. Как вы думаете, о чем мы будем говорить? (ответы) Какую цель нужно поставить на этот урок? (ответы) Как достигнем эту цель? Посредством чего? Каких действий? (ответы) Озвучивается цель урока и последовательность работы.

Ещё мы знаем, что перед тем как приступить к изучению новой темы, мы должны вспомнить прошлый урок, так? Что было на прошлом уроке? (Ответы.) Хорошо. Предлагаю Вам 8 небольших вопросов, на которые следует дать полный, исчерпывающий ответ и зарабатывать себе плюсики. (Фронтальный опрос.)

  1. Что такое испарение?
  2. Что такое насыщенный пар?
  3. А что такое термодинамическое равновесие?
  4. Что значит внутренняя энергия испаряющейся жидкости уменьшается?
  5. Против каких сил совершают работу молекулы, выходящие из жидкости при испарении?
  6. Почему некоторые жидкости испаряются быстро, а другие медленно?
  7. Какие явления природы объясняются конденсацией пара?
  8. Переход жидкости в пар как называют?
ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Ханса чья фирма какой страны

Актуализация новых знаний  (3 мин)

Хорошо. Я вижу вы дома читали учебник. Теперь предлагаю вам послушать одну старую сказку. «Жил был царь. Было у него 3 дочери. Стар он стал, и подумывал выдать дочерей замуж, и отдать одной из них полцарства в приданое. Две старшие дочери очень хотели замуж, и еще хотели получить богатое приданое.

Младшая дочь любила папу-царя, и не хотела замуж. Чтобы спор был справедливый (кому достанется полцарства) отце собрал своих дочерей на кухне, вручил им по чайнику с водой и сказал: «Поставьте чайники на печь одновременно, а у кого чайник закипит первой – той и полцарства в приданое отдам.

» Давайте сразу уточним, что все термодинамические параметры в данной сказке одинаковы (температура в печи, объём воды в чайниках, состав воды и прочее). Так вот результат: Первый чайник закипел у младшей дочери. Вопрос: почему? (ответы, предположения учащихся, мини-дискуссия).

Подсказка: Старшие две дочери оооочень хотели замуж, и часто интересовались «Не закипел ли мой чайник?» Так почему? Вопрос оставляем открытым, вернемся к сказке позже.

Изучение новой темы + видеоролик «Что такое кипение?» (10 мин)

(Включим чайник в сеть: будем наблюдать за звуковыми и визуальными эффектами.) Так сколько видов парообразования вы знаете? Какие? Вот. О кипении мы сегодня и поговорим. Кипение — процесс интенсивного парообразования, проходящий при определённой температуре — температуре кипения. Отличается от испарения тем, что в данном случае парообразование происходит по всему объёму жидкости, а не только с поверхности.

Все мы прекрасно знаем, что вода закипает при температуре 100˚С. Почему же жидкости закипают? Всё дело в микропузырьках газа, которые находятся внутри жидкости. В ходе нагревания внутри этих пузырьков начинает накапливаться пар. С увеличением температуры количество пара внутри пузырьков растёт и пузырьки начинают увеличиваться.

 В момент, когда давление внутри пузырька сравнивается с наружным давлением, пузырёк отрывается от стенки сосуда и поднимается вверх благодаря выталкивающей силе. На поверхности жидкости он лопается и выпускает накопленный пар во внешнюю среду (при этом выпущенный пар «уносит» с собой часть энергии, тем самым охлаждая жидкость). Таким образом кипение при постоянном давлении может происходить только при определённой температуре, температуре кипения.

Если же мы увеличим интенсивность нагрева жидкости, то количество пузырьков увеличиться и кипение будет протекать более интенсивно, а значит пар будет «уносить» ещё большее количество энергии, тем самым мешая дальнейшему повышению температуры жидкости.

В таком равновесном состоянии жидкость будет находиться вплоть до полного её выкипания. Если простыми словами, то: как бы вы не увеличивали огонь под кастрюлей с водой, температура воды в кастрюле не увеличится, если она уже закипела.

Эта температура (температура кипения) будет оставаться постоянной, а увеличится только скорость кипения.

Посмотрим видео №1

Вы наверняка заметили, что чайник шумит в процессе закипания. С чем это может быть связано? (Ответы, предположения.) Хорошо. Вернемся к нашей сказке. Как думаете, почему первым закипел чайник младшей дочери? Учитывая, что она абсолютно не интересовалась своим чайником, в то время, когда старшие сёстры не переставали заглядывать в свой со словами: «Ну, скоро уже?» (ответы)

Обратите внимание на таблицу из учебника. Что отсюда видим? Какой вывод напрашивается? (Ответы, предположения.)

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры, получила название удельной теплоты парообразования.

Её принято обозначать буквой L, измеряется в 1 Дж/кг.

Чтобы вычислить количество теплоты, необходимое для превращения в пар жидкости любой массы m, взятой при температуре кипения, нужно удельную теплоту парообразования умножить на массу: Q = L · m

Закрепление изученного материала (7 мин)

Обратимся к задачам из учебника: (желающий выходит к доске)

  1. Какое количество энергии требуется для обращения воды массой 150 г в пар при температуре 100 °С?
  2. Какое количество энергии нужно затратить, чтобы воду массой 5 кг, взятую при температуре 0 °С, довести до кипения и испарить её?

Физминутка (1 мин)

Предлагаю всем встать и размять ноги, руки немного потанцевав.

Всё? Отдохнули? Едем дальше.

Самостоят. работа + взаимопроверка (14 мин)

А теперь достаньте, пожалуйста, листочки, подпишите их и приступим к самостоятельной работе. Учебники и тетради прикроем на время. 13 мин на выполнение работы. Будьте внимательны с единицами измерения, таблицами пользоваться можно.

Закончили, поменялись листочком с соседом по парте. У вас на столах лежат «Решебники к учебнику Пёрышкина А.В.», пожалуйста проверьте вашего соседа, сравните его ответ, решение и поставьте ему оценку за самостоятельную работу.

Передаём листочки на первую парту.

1 вариант

1. Какие явления наблюдаются в жидкости перед тем, как она начинает кипеть? (Перед кипением слышен характерный шум. Это пузырьки воздуха с насыщенным паром поднимаются, и в верхних, более холодных слоях схлопываются; при этом воздух из пузырьков переходит в растворенное состояние)

2. Что называют температурой кипения жидкости? (Температурой кипения называется такая температура, при которой жидкость кипит)

3. Какое количество энергии нужно затратить, чтобы спирт массой 800 г довести до кипения и испарить?

4. Как надо понимать, что удельная теплота конденсации аммиака равна 1,4·106 Дж/кг?

2 вариант

1.Какие силы действуют на пузырёк воздуха, наполненный паром, когда он находится внутри жидкости? (На пузырёк с паром внутри жидкости действует сила тяжести и Архимедова сила)

2.Что называют температурой кипения жидкости? (Температурой кипения называется такая температура, при которой жидкость кипит)

3.Какое количество энергии нужно затратить, чтобы эфир массой 450 г довести до кипения и испарить?

4.Как надо понимать, что удельная теплота конденсации ртути равна 0,3·106 Дж/кг?

ролик № 2 «Кипение воды, опыт с вакуумом» (1,5 мин)

Мы всё говорим про закипание жидкости при нормальных условиях, что же касается других условий – смотрим в следующем видео.

Итоги урока. Запись д/з в дневники. Оценки. Рефлексия (2,5 мин)

Давайте подведём итоги нашего урока. (Выслушивается несколько ответов учащихся) Необходимо ответить на следующие вопросы:

  1. О чём мы говорили сегодня на уроке?
  2. Что запомнилось больше всего?
  3. Что понравилось / не понравилось?
  4. Какие цели к уроку мы ставили в самом его начале? Мы их достигли? (Если не достигли, или не полностью: то что помешало? Что было сделано или выбрано неправильно?)

Запись д/з. (§18 читать, правила учить наизусть, задача №5. Желающим: подготовить доклад на темы «Как образуется роса, иней, дождь и снег», «Литьё металлов») Озвучивается общая оценка за урок. Всем спасибо за работу! Успехов Вам на других уроках! Отдыхайте.

Источник: https://rosuchebnik.ru/material/kipenie-udelnaya-teplota-paroobrazovaniya-7899/

Скрытая теплота

что такое теплота парообразования

Физика > Скрытая теплота

Изучите определение скрытой теплоты как формы энергии: роль в изменении состояния вещества, скрытая теплота испарения и плавления, сублимация, формулы.

Скрытая теплота – энергия, связанная с переменой состояния вещества.

Задача обучения

  • Рассмотреть скрытую теплоту как форму энергии.

Основные пункты

  • Энергия нужна для изменения состояния вещества (например, для разрыва связей между молекулами во льде, чтобы он расплавился).
  • Во время изменения состояния энергию могут добавить или отнять, но температура останется стабильной (меняется лишь в самом конце).
  • Тепло, необходимое для изменения фазы: Q = mLf (плавление или замораживание) и Q = mLv (испарение или конденсация), где Lf и Lv – скрытое тепло плавления и испарения.

Термины

  • Сублимация – переход вещества из твердого состояния в парообразное, минуя жидкий этап.
  • Скрытая теплота испарения – энергия, которая нужна для перехода из жидкости в пар.
  • Скрытая теплота плавления – энергия, которая нужна для перехода из твердого состояния в жидкость.

Давайте рассмотрим воду, стекающую с сосулек, плавящихся на крыше под солнечным светом. А также воду, замерзающую в поддоне.

Тепло от воздуха передается льду, что приводит к таянию

Чтобы твердое вещество расплавилось, понадобится определенное количество энергии. Ей придется раздробить связанные молекулы, чтобы обеспечить им перемещение. Также потребуется энергия для испарения. Когда меняется состояние, температура остается той же. Энергия выделяется в виде тепловой, а работа выполняется суммой сил при объединении молекул.

Энергия зависит от двух факторов: количества и силы связей. Число связей выступает пропорциональным количеству молекул, а значит массе. Сила основывается на типе молекул. Теплота вычисляется по формуле:

Q = mLf (плавление или заморозка).

Q = mLv (выпаривание или конденсация).

Здесь Lf – скрытая теплота плавления, a Lv – скрытая теплота испарения.

(а) – Энергия расходуется на частичное преодоление сил притяжения между молекулами в твердом теле с трансформацией в жидкость. Она удалится в процесс заморозки. (b) – Молекулы разделены большими дистанциями при переходе от жидкости к пару, поэтому понадобится много энергии, чтобы побороть молекулярное притяжение. Когда меняется состояние, температурный показатель остается прежним

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое охлаждение в физике

Скрытая теплота – интенсивное свойство, выраженное в Дж/кг. Lf и Lv зависят от вещества, особенно от молекулярных сил. Это коэффициенты скрытого тепла. При перемене состояния энергия поступает и удаляется, не вызывая изменения в температуре, поэтому считается скрытой. Плавление и испарение выступают эндотермическими процессами, потому что поглощают энергию, а замораживание и конденсация – экзотермические, так как выделяют ее.

Энергия связана с изменением состояния. Допустим нам нужно расплавить килограмм льда, чтобы получить килограмм воды при 0°C. Возьмем уравнение для изменения температуры и значения для воды (334 кДж/кг) и получим Q = mLf = (1.0 кг)(334 кДж/кг) = 334 кДж. Это то количество энергии, которую нужно потратить на плавление воды. Для испарения понадобится еще больше энергии. 1 кг воды перейдет в пар при 2256 кДж.

Перемены состояния могут обладать стабилизирующим эффектом. Добавим тепло в лед с температурой -20°C. Сначала температура поднимается линейно, поглощая тепло со стабильной скоростью 0.50 кал/г⋅C до достижения нуля. Здесь лед начнет таять и на финальной стадии поглотит 79.8 кал/г тепла.

Как только процесс плавления закончится, температура воды повысится, поглощая тепло при новой постоянной скорости 1.00 кал/г·С. При температуре 100°C запускается кипение, а температурный показатель снова стабилен, пока вода не поглотит 539 кал/г тепла.

Когда вся жидкость превращается в пар, температура снова поднимается, поглощая тепло со скоростью 0.482 кал/г⋅С.

Этот график показывает, как температура зависит от энергии. Здесь пар не испаряется, пока не нагреется лед, чтобы стать жидкой водой. Длинные отрезки стабильных показателей температуры при 0°C и 100°C отражают значительное скрытое тепло плавления и испарения

Обсуждаемый переход состояний – сублимация (из твердого вещества в пар). Есть также и обратный процесс – осаждение. У сублимации есть собственное скрытое тепло Ls.

Читайте нас на Яндекс.Дзен

Источник: https://v-kosmose.com/fizika/skryitaya-teplota/

II. Молекулярная физика

Раздел молекулярной физики, который изучает передачу энергии, закономерности превращения одних видов энергии в другие. В отличие от молекулярно-кинетической теории, в термодинамике не учитывается внутреннее строение веществ и микропараметры.

Термодинамическая система

Это совокупность тел, которые обмениваются энергией (в форме работы или теплоты) друг с другом или с окружающей средой. Например, вода в чайнике остывает, происходит обмен теплотой воды с чайником и чайника с окружающей средой. Цилиндр с газом под поршнем: поршень выполняет работу, в результате чего, газ получает энергию, и изменяются его макропараметры.

Количество теплоты

Это энергия, которую получает или отдает система в процессе теплообмена. Обозначается символом Q, измеряется, как любая энергия, в Джоулях.

В результате различных процессов теплообмена энергия, которая передается, определяется по-своему.

Нагревание и охлаждение

Этот процесс характеризуется изменением температуры системы. Количество теплоты определяется по формуле

Удельная теплоемкость вещества с измеряется количеством теплоты, которое необходимо для нагревания единицы массы данного вещества на 1К. Для нагревания 1кг стекла или 1кг воды требуется различное количество энергии. Удельная теплоемкость — известная, уже вычисленная для всех веществ величина, значение смотреть в физических таблицах.

Теплоемкость вещества С — это количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела без учета его массы на 1К.

Плавление и кристаллизация

Плавление — переход вещества из твердого состояния в жидкое. Обратный переход называется кристаллизацией.

Энергия, которая тратится на разрушение кристаллической решетки вещества, определяется по формуле

Удельная теплота плавления известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Парообразование (испарение или кипение) и конденсация

Парообразование — это переход вещества из жидкого (твердого) состояния в газообразное. Обратный процесс называется конденсацией.

Удельная теплота парообразования известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Горение

Количество теплоты, которое выделяется при сгорании вещества

Удельная теплота сгорания известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Для замкнутой и адиабатически изолированной системы тел выполняется уравнение теплового баланса. Алгебраическая сумма количеств теплоты, отданных и полученных всеми телами, участвующим в теплообмене, равна нулю:

Q1+Q2++Qn=0

Источник: http://fizmat.by/kursy/termodinamika/kol_teploty

SA. Парообразование — PhysBook

Парообразование — процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное.

  • Парообразование может происходить непосредственно из твердого состояния — это называется возгонка (или сублимация).

Совокупность молекул, вылетевших из вещества, называется паром этого вещества.

При парообразовании увеличиваются средние расстояния между молекулами. В результате потенциальная энергия взаимодействия частиц увеличивается (численное значение ее уменьшается, но она отрицательна). Таким образом, процесс парообразования связан с увеличением внутренней энергии вещества.

Переход из жидкого состояния в газообразное возможен двумя различными процессами: испарением и кипением.

Испарение — это парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости при любой температуре.

Свойства испарения

Экспериментально установлены следующие cвойства испарения:

  1. При одинаковых условиях различные вещества испаряются с различной скоростью (скорость испарения определяется числом молекул, переходящих в пар с поверхности вещества за 1 с).
  2. Скорость испарения тем больше:
    1. чем больше площадь свободной поверхности жидкости;
    2. чем меньше плотность паров над поверхностью жидкости. Скорость увеличивается при движении окружающего воздуха (ветер);
    3. чем больше температура жидкости.
  3. При испарении температура тела понижается.

Механизм испарения можно объяснить с точки зрения MKT: молекулы, находящиеся на поверхности, удерживаются силами притяжения со стороны других молекул вещества.

Молекула может вылететь за пределы жидкости лишь тогда, когда ее кинетическая энергия превышает значение той работы, которую необходимо совершить, чтобы преодолеть силы молекулярного притяжения (работа выхода). Поэтому покинуть вещество могут только быстрые молекулы.

В результате средняя кинетическая энергия оставшихся молекул уменьшается, а температура жидкости понижается. Для того, чтобы поддерживать температуры испаряющейся жидкости неизменной, к ней необходимо подводить некоторое количество теплоты.

Молекулы пара хаотически движутся. Поэтому некоторые из них могут снова возвратиться в жидкость. Процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией.

Число возвратившихся в жидкость за определенный промежуток времени молекул тем больше, чем больше концентрация молекул пара, а следовательно, чем больше давление пара над жидкостью. Конденсация пара сопровождается нагреванием жидкости. При конденсации выделяется такое же количество теплоты, которое было затрачено при испарении.

Кипение жидкостей

Кипение — это парообразование, происходящее одновременно и с поверхности, и по всему объему жидкости. Оно состоит в том, что всплывают и лопаются многочисленные пузырьки, вызывая характерное бурление.

Как показывает опыт, кипение жидкости при заданном внешнем давлении начинается при вполне определенной и не изменяющейся в процессе кипения температуре и может происходить только при подводе энергии извне в результате теплообмена (рис. 3):

\(~Q = L \cdot m,\)

где L — удельная теплота парообразования при температуре кипения.

Рис. 3

Механизм кипения: в жидкости всегда имеется растворенный газ, степень растворения которого понижается с ростом температуры. Кроме того, на стенках сосуда имеется адсорбированный газ. При нагревании жидкости снизу (рис. 4) газ начинает выделяться в виде пузырьков у стенок сосуда. В эти пузырьки происходит испарение жидкости.

Поэтому в них, кроме воздуха, находится насыщенный пар, давление которого с ростом температуры быстро увеличивается, и пузырьки растут в объеме, а следовательно, увеличиваются действующие на них силы Архимеда. Когда выталкивающая сила станет больше силы тяжести пузырька, он начинает всплывать.

Но пока жидкость не будет равномерно прогрета, по мере всплытия объем пузырька уменьшается (давление насыщенного пара уменьшается с понижением температуры) и, не достигнув свободной поверхности, пузырьки исчезают (захлопываются) (рис. 4, а), вот почему мы слышим характерный шум перед закипанием.

Когда температура жидкости выравняется, объем пузырька при подъеме будет возрастать, так как давление насыщенного пара не изменяется, а внешнее давление на пузырек, представляющее собой сумму гидростатического давления жидкости, находящейся над пузырьком, и атмосферного, уменьшается. Пузырек достигает свободной поверхности жидкости, лопается, и насыщенный пар выходит наружу (рис. 4, б) — жидкость закипает. Давление насыщенного пара при этом в пузырьках практически равно внешнему давлению.

Рис. 4

Температура, при которой давление насыщенного пара жидкости равно внешнему давлению на ее свободную поверхность, называется температурой кипения жидкости.

Так как давление насыщенного пара увеличивается с ростом температуры, а при кипении оно должно быть равно внешнему, то при увеличении внешнего давления температура кипения увеличивается.

Температура кипения зависит также от наличия примесей, обычно увеличиваясь с ростом концентрации примесей.

Если предварительно освободить жидкость от растворенного в ней газа, то ее можно перегреть, т.е. нагреть выше температуры кипения. Это неустойчивое состояние жидкости. Достаточно небольших сотрясений и жидкость закипает, а ее температура сразу понижается до температуры кипения.

См. также

  1. Кипение Wikipedia.org
  2. Уокер Дж. Как кипит вода?
ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Какой холодильник самый лучший и надежный недорогой

Литература

  1. Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 197-203.
  2. Жилко В.В. Физика: Учеб. пособие для 11-го кл. общеобразоват. шк. с рус. яз. обучения / В.В. Жилко, А.В.Лавриненко, Л.Г. Маркович. — Мн.: Нар. асвета, 2002. — С. 194-203.
  3. Открытая Физика

Источник: http://www.physbook.ru/index.php/SA._%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5

Что такое кипение? Удельная теплота парообразования

Что такое кипение, известно еще из школьной программы. Тем не менее эти знания быстро улетучиваются, и постепенно люди прекращают обращать внимание на сущность привычных явлений. Иногда бывает полезно вспомнить теоретические знания.

Определение

Что такое кипение? Это физический процесс, в ходе которого происходит интенсивное парообразование как на свободной поверхности жидкости, так и внутри ее структуры. Одним из признаков кипения является образование пузырьков, которые состоят из насыщенного пара и воздуха.

Стоит отметить существование такого понятия, как температура кипения. От давления также зависит скорость образования пара. Оно должно быть постоянным. Как правило, основной характеристикой жидких химических веществ является температура кипения при нормальном атмосферном давлении.

Тем не менее на данный процесс также могут оказать влияние такие факторы, как интенсивность звуковых волн, ионизация воздуха.

Стадии кипения воды

Непременно начинает образовываться пар во время такой процедуры, как нагревание. Кипение подразумевает прохождение жидкости через 4 стадии:

  1. На дне сосуда, а также на его стенках начинают образовываться небольшие пузырьки. Это является результатом того, что в трещинках материала, из которого изготовлена емкость, содержится воздух, который расширяется под воздействием высокой температуры.
  2. Пузырьки начинают увеличиваться в объеме, в результате чего они вырываются на поверхность воды. Если верхний слой жидкости еще не достиг температуры кипения, полости опускаются ко дну, после чего снова начинают стремиться вверх. Этот процесс приводит к образованию звуковых волн. Именно поэтому во время кипения воды мы можем услышать шум.
  3. На поверхность выплывает наибольшее количество пузырьков, что создает впечатление мутности воды. После этого жидкость бледнеет. Учитывая визуальный эффект, данную стадию кипения называют «белым ключом».
  4. Наблюдается интенсивное бурление, которое сопровождается образованием больших пузырей, которые быстро лопаются. Этот процесс сопровождается появлением брызг, а также интенсивным образованием пара.

Практически ежедневно мы сталкиваемся с таким явлением, как кипение. Удельная теплота парообразования представляет собой физическую величину, которая определяет количество теплоты. С ее помощью жидкое вещество может быть обращено в пар. Для того чтобы рассчитать данный параметр, нужно разделить показатель теплоты испарения на массу.

Как происходит измерение

Показатель удельной теплоты образования измеряется в лабораторных условиях путем проведения соответствующих экспериментов. Они включают в себя следующие действия:

  • отмеряется необходимое количество жидкости, которое затем переливается в калориметр;
  • проводится первоначальный замер температуры воды;
  • на горелку устанавливается колба с заранее помещенным в нее исследуемым веществом;
  • пар, выделяемый исследуемым веществом, запускается в калориметр;
  • производится повторный замер температуры воды;
  • калориметр подвергается взвешиванию, что позволяет вычислить массу сконденсированного пара.

Пузырьковый режим кипения

Разбираясь с вопросом о том, что такое кипение, стоит отметить, что оно имеет несколько режимов. Так, при нагревании пар может образовываться в виде пузырей. Они периодически растут и лопаются. Такой режим кипения называется пузырьковым. Обычно полости, наполненные паром образуются именно у стенок сосуда. Это связано с тем, что они, как правило, перегреты. Это необходимое условие для кипения, ведь в противном случае пузырьки будут схлопываться, не достигая больших размеров.

Пленочный режим кипения

Что такое кипение? Проще всего объяснить этот процесс как парообразование при определенной температуре и постоянном давлении. Помимо пузырькового режима, выделяют также пленочный.

Его сущность состоит в том, что при усилении теплового потока отдельные пузырьки объединяются, образуя паровой слой на стенках сосуда. При достижении критического показателя они прорываются на поверхность воды.

Данный режим кипения отличается тем, что степень теплопередачи от стенок сосуда к самой жидкости значительно снижается. Причиной этому становится та самая паровая пленка.

Температура кипения

Стоит отметить, что существует зависимость температуры кипения от давления, которое оказывается на поверхность нагреваемой жидкости. Так, принято считать, что вода кипит при нагревании до 100 градусов Цельсия. Тем не менее данный показатель можно считать справедливым лишь в том случае, если показатель атмосферного давления будет считаться нормальным (101 кПа).

Если же оно будет увеличиваться, температура кипения также поменяется в сторону повышения. Так, например, в популярных кастрюлях-скороварках давление равно примерно 200 кПа. Таким образом, температура кипения повышается на 20 пунктов (до 20 градусов).Примером низкого атмосферного давления можно считать горные районы. Так, учитывая, что там оно достаточно небольшое, вода начинает закипать при температуре около 90 градусов.

Жителям подобных районов приходится тратить намного больше времени на приготовление пищи. Так, например, чтобы сварить яйцо, придется нагреть воду не меньше, чем на 100 градусов, иначе белок не свернется.

Кипение вещества зависит от показателя давления насыщенного пара. Влияние его на температуру обратно пропорционально. Например, ртуть закипает при нагревании до 357 градусов Цельсия.

Это можно объяснить тем, что давление насыщенных паров равно всего лишь 114 Па (для воды данный показатель составляет 101 325 Па).

Кипение в разных условиях

В зависимости от условий и состояния жидкости, температура кипения может существенно отличаться. Например, стоит добавить в жидкость соль. Ионы хлора и натрия размещаются между молекулами воды. Таким образом, на закипание требуется на порядок больше энергии, а соответственно — времени.

Кроме того, такая вода образует намного меньше пара.

Чайник используется для кипячения воды в бытовых условиях. Если используется чистая жидкость, то температура данного процесса составляет стандартные 100 градусов. При аналогичных условиях закипает дистиллированная вода.

Тем не менее будет затрачено немного меньше времени, если учесть отсутствие посторонних примесей.

Чем отличается кипение от испарения

Всякий раз, когда происходит кипение воды, пар выделяется в атмосферу. Но эти два процесса нельзя отождествлять. Они являются лишь способами парообразования, которое происходит при определенных условиях. Так, кипение — это фазовый переход первого рода. Данный процесс является более интенсивным, чем испарение. Это обусловлено образованием паровых очагов. Также стоит отметить, что процесс испарения происходит исключительно на поверхности воды. Кипение же касается всего объема жидкости.

От чего зависит испарение

Испарение представляет собой процесс преобразования жидкого или твердого вещества в газообразное состояние. Происходит «вылетание» атомов и молекул, связь которых с остальными частицами оказывается ослабленной под воздействием определенных условий. Скорость испарения может изменяться под влиянием следующих факторов:

  • площадь поверхности жидкости;
  • температура самого вещества, а также окружающей среды;
  • скорость движения молекул;
  • вид вещества.

Интересные факты о кипении

Энергия кипения воды широко используется человеком в быту. Данный процесс стал настолько обыденным и привычным, что никто не задумывается о его природе и особенностях. Тем не менее с кипением связан целый ряд интересных фактов:

  • Наверное, все замечали, что в крышке чайника есть отверстие, но мало кто задумывается о его предназначении. Оно проделывается с той целью, чтобы частично выпускать пар. В противном случае вода может расплескаться через носик.
  • Продолжительность варки картофеля, яиц и прочих продуктов питания не зависит от того, насколько мощным является нагреватель. Имеет значение лишь тот факт, как долго они находились под воздействием кипящей воды.
  • На такой показатель, как температура кипения, никак не влияет мощность нагревательного прибора. Она может сказаться лишь на скорости испарения жидкости.
  • Кипение связано не только с нагреванием воды. При помощи данного процесса можно также заставить жидкость замерзнуть. Так, в процессе кипения нужно производить непрерывную откачку воздуха из сосуда.
  • Одна из самых актуальных проблем для хозяек заключается в том, что молоко может «убежать». Так, риск этого явления значительно повышается во время ухудшения погоды, которое сопровождается падением атмосферного давления.
  • Самый горячий кипяток получается в глубоких подземных шахтах.
  • Путем экспериментальных исследований ученым удалось установить, что на Марсе вода закипает при температуре 45 градусов Цельсия.

Может ли вода кипеть при комнатной температуре?

Путем несложных подсчетов ученым удалось установить, что вода может закипеть при комнатной температуре на уровне стратосферы. Аналогичные условия можно воссоздать при помощи вакуумного насоса. Тем не менее подобный опыт можно провести и в более простых, приземленных условиях.

В литровой колбе нужно вскипятить 200 мл воды, а когда емкость заполнится паром, ее нужно плотно закрыть, снять с огня. Поместив ее над кристаллизатором, нужно дождаться окончания процесса кипения. Далее колбу обливают холодной водой. После этого в емкости снова начнется интенсивное кипение.

Это связано с тем, что под воздействием низкой температуры пар, находящийся в верхней части колбы, опускается.

Источник: https://FB.ru/article/288796/chto-takoe-kipenie-udelnaya-teplota-paroobrazovaniya

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Дом холодильников