ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ เดือด

ดังที่เราได้เห็นการเดือดก็เป็นการระเหยเช่นกัน แต่จะมาพร้อมกับการก่อตัวและการเติบโตอย่างรวดเร็วของฟองไอน้ำ เห็นได้ชัดว่าในระหว่างการต้มจำเป็นต้องให้ความร้อนจำนวนหนึ่งแก่ของเหลว ความร้อนจำนวนนี้ถูกใช้เพื่อสร้างไอน้ำ ยิ่งไปกว่านั้น ของเหลวต่างชนิดที่มีมวลเท่ากันต้องใช้ความร้อนในปริมาณที่แตกต่างกันเพื่อเปลี่ยนให้กลายเป็นไอที่จุดเดือด

การทดลองพบว่าการระเหยของน้ำที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัม ที่อุณหภูมิ 100 °C ต้องใช้พลังงาน 2.3 10 6 J ในการระเหยอีเธอร์ 1 กิโลกรัมที่อุณหภูมิ 35 °C ต้องใช้พลังงาน 0.4 10 6 J

ดังนั้นเพื่อให้อุณหภูมิของของเหลวระเหยไม่เปลี่ยนแปลงจะต้องจ่ายความร้อนจำนวนหนึ่งให้กับของเหลว

ปริมาณทางกายภาพที่แสดงปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเปลี่ยนของเหลวที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมให้เป็นไอโดยไม่เปลี่ยนอุณหภูมิเรียกว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอเขียนแทนด้วยตัวอักษร L มีหน่วยเป็น 1 J/kg

การทดลองพบว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำที่อุณหภูมิ 100 °C เท่ากับ 2.3 10 6 J/kg กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในการแปลงน้ำ 1 กิโลกรัมเป็นไอน้ำที่อุณหภูมิ 100 °C ต้องใช้พลังงาน 2.3 10 6 J ดังนั้น ณ จุดเดือด พลังงานภายในของสารในสถานะไอจึงมากกว่าพลังงานภายในของสารที่มีมวลเท่ากันในสถานะของเหลว

ตารางที่ 6.
ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของสารบางชนิด (ที่จุดเดือดและความดันบรรยากาศปกติ)

เมื่อสัมผัสกับวัตถุเย็น ไอน้ำจะควบแน่น (รูปที่ 25) สิ่งนี้จะปล่อยพลังงานที่ถูกดูดซับระหว่างการก่อตัวของไอน้ำ การทดลองที่แม่นยำแสดงให้เห็นว่าเมื่อควบแน่น ไอน้ำจะปล่อยปริมาณพลังงานที่เข้าสู่การก่อตัวของไอน้ำออกมา

ข้าว. 25. การควบแน่นของไอน้ำ

ดังนั้น เมื่อไอน้ำ 1 กิโลกรัมที่อุณหภูมิ 100 °C ถูกแปลงเป็นน้ำที่มีอุณหภูมิเท่ากัน พลังงาน 2.3 10 6 J จะถูกปล่อยออกมา เมื่อเปรียบเทียบกับสารอื่นๆ (ตารางที่ 6) จะเห็นได้ว่าพลังงานนี้ค่อนข้างสูง

สามารถใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการควบแน่นของไอน้ำได้ ที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนขนาดใหญ่ ไอน้ำที่ระบายออกจากกังหันจะถูกใช้เพื่อทำให้น้ำร้อน

น้ำอุ่นในลักษณะนี้ใช้สำหรับทำความร้อนในอาคาร ในอ่างอาบน้ำ ห้องซักรีด และสำหรับความต้องการอื่นๆ ในบ้าน

ในการคำนวณปริมาณความร้อน Q ที่จำเป็นในการเปลี่ยนของเหลวที่มีมวลใดๆ ที่จุดเดือดให้เป็นไอ ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ L จะต้องคูณด้วยมวล m:

จากสูตรนี้สามารถระบุได้ว่า

ม. = คิว / แอล, ล = คิว / ม

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากไอน้ำมวล m ซึ่งควบแน่นที่จุดเดือด ถูกกำหนดโดยสูตรเดียวกัน

ตัวอย่าง- ต้องใช้พลังงานเท่าใดในการแปลงน้ำ 2 กิโลกรัมที่อุณหภูมิ 20 °C ให้เป็นไอน้ำ มาเขียนเงื่อนไขของปัญหาและแก้ไขกัน

คำถาม

1. พลังงานที่จ่ายให้กับของเหลวระหว่างการต้มใช้ไปเป็นเท่าใด?
2. ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอแสดงอะไร?
3. คุณจะแสดงการทดลองได้อย่างไรว่าพลังงานถูกปล่อยออกมาเมื่อไอน้ำควบแน่น?
4. พลังงานที่ปล่อยออกมาจากไอน้ำ 1 กิโลกรัมระหว่างการควบแน่นเป็นเท่าใด
5. พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการควบแน่นของไอน้ำใช้อยู่ที่ไหนในเทคโนโลยี?

แบบฝึกหัดที่ 16

1. เราจะเข้าใจได้อย่างไรว่าความร้อนจำเพาะของการระเหยของน้ำคือ 2.3 10 6 J/kg
2. เราจะเข้าใจได้อย่างไรว่าความร้อนจำเพาะของการควบแน่นของแอมโมเนียคือ 1.4 10 6 J/kg
3. สาร 6 ชนิดที่ระบุในตารางเมื่อเปลี่ยนจากของเหลวเป็นไอ มีพลังงานภายในเพิ่มขึ้นมากที่สุด? ชี้แจงคำตอบของคุณ
4. การแปลงน้ำ 150 กรัมเป็นไอน้ำที่อุณหภูมิ 100 °C ต้องใช้พลังงานเท่าใด
5. จะต้องใช้พลังงานเท่าไรในการนำน้ำ 5 กิโลกรัม ที่อุณหภูมิ 0°C มาต้มให้ระเหย?
6. น้ำหนัก 2 กิโลกรัม เมื่อทำให้เย็นลงจาก 100 ถึง 0 °C จะปล่อยพลังงานจำนวนเท่าใด หากเราใช้ไอน้ำอุณหภูมิ 100 °C ในปริมาณเท่ากันแทนน้ำ เราจะปล่อยพลังงานออกมาจำนวนเท่าใด

ออกกำลังกาย

1. ใช้ตารางที่ 6 เพื่อพิจารณาว่าสารใดมีพลังงานภายในเพิ่มขึ้นมากกว่าเมื่อเปลี่ยนจากของเหลวเป็นไอ ชี้แจงคำตอบของคุณ
2. เตรียมรายงานในหัวข้อใดหัวข้อหนึ่ง (ไม่บังคับ)
3. น้ำค้าง น้ำค้างแข็ง ฝน และหิมะเกิดขึ้นได้อย่างไร
4. วัฏจักรของน้ำในธรรมชาติ
5. การหล่อโลหะ.

คุณรู้ไหมว่าน้ำซุปมีอุณหภูมิเดือดเท่าไหร่? 100°ซ. ไม่มากไม่น้อย. ที่อุณหภูมิเดียวกัน กาต้มน้ำจะเดือดและพาสต้าก็สุก มันหมายความว่าอะไร?

ทำไมเมื่อกระทะหรือกาต้มน้ำถูกให้ความร้อนด้วยแก๊สที่เผาไหม้อยู่ตลอดเวลา อุณหภูมิของน้ำภายในจึงไม่สูงเกินหนึ่งร้อยองศา? ความจริงก็คือเมื่อน้ำมีอุณหภูมิถึงหนึ่งร้อยองศาพลังงานความร้อนที่เข้ามาทั้งหมดจะใช้ในการเปลี่ยนน้ำให้กลายเป็นสถานะก๊าซนั่นคือการระเหย การระเหยส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่พื้นผิวสูงถึงหนึ่งร้อยองศาและเมื่อถึงอุณหภูมินี้น้ำจะเดือด การต้มก็ถือเป็นการระเหยเช่นกัน แต่จะทั่วทั้งปริมาตรของของเหลวเท่านั้น ฟองอากาศที่มีไอน้ำร้อนก่อตัวขึ้นภายในน้ำ และเนื่องจากมีน้ำหนักเบากว่าน้ำ ฟองเหล่านี้จึงแตกออกสู่ผิวน้ำ และไอน้ำจากฟองเหล่านั้นจะระเหยไปในอากาศ

เมื่อถูกความร้อนอุณหภูมิของน้ำจะสูงขึ้นถึงหนึ่งร้อยองศา หลังจากผ่านไปหนึ่งร้อยองศา เมื่อได้รับความร้อนเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของไอน้ำก็จะเพิ่มขึ้น แต่จนกว่าน้ำจะเดือดจนหมดที่อุณหภูมิหนึ่งร้อยองศา อุณหภูมิของมันจะไม่เพิ่มขึ้นไม่ว่าคุณจะใช้พลังงานมากแค่ไหนก็ตาม เราได้ทราบแล้วว่าพลังงานนี้ไปอยู่ที่ไหน - การเปลี่ยนน้ำเป็นสถานะก๊าซ แต่เนื่องจากปรากฏการณ์ดังกล่าวมีอยู่ ก็หมายความว่าต้องมี ปริมาณทางกายภาพที่อธิบายปรากฏการณ์นี้และมีค่าเช่นนี้อยู่ เรียกว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ความร้อนจำเพาะของการระเหยของน้ำ

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอคือปริมาณทางกายภาพที่แสดงปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนของเหลวที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมให้เป็นไอน้ำที่จุดเดือด ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอกำหนดด้วยตัวอักษร L และมีหน่วยวัดเป็นจูลต่อกิโลกรัม (1 J/kg)

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอหาได้จากสูตร:

โดยที่ Q คือปริมาณความร้อน
m คือน้ำหนักตัว

อย่างไรก็ตาม สูตรนี้เหมือนกับการคำนวณความร้อนจำเพาะของฟิวชัน ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือในการกำหนด แล และล

ทดลองพบค่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของสารต่างๆ และรวบรวมตารางซึ่งสามารถหาข้อมูลของสารแต่ละชนิดได้ ดังนั้นความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำจึงเท่ากับ 2.3*106 จูล/กก. ซึ่งหมายความว่าสำหรับน้ำทุกกิโลกรัมจำเป็นต้องใช้พลังงานจำนวนเท่ากับ 2.3 * 106 J เพื่อเปลี่ยนเป็นไอน้ำ แต่ในขณะเดียวกันน้ำก็ต้องมีจุดเดือดอยู่แล้ว หากน้ำเริ่มแรกมีอุณหภูมิต่ำกว่าก็จำเป็นต้องคำนวณปริมาณความร้อนที่จะต้องใช้ในการทำให้น้ำร้อนถึงหนึ่งร้อยองศา

ในสภาวะจริง มักจำเป็นต้องกำหนดปริมาณความร้อนที่ต้องการ การเปลี่ยนมวลของของเหลวใด ๆ ให้เป็นไอดังนั้นบ่อยครั้งที่คุณต้องจัดการกับสูตรของรูปแบบ: Q = Lm และค่าของความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอสำหรับสารเฉพาะนั้นจะถูกนำมาจากตารางสำเร็จรูป

ทุกคนรู้ดีว่าน้ำในกาต้มน้ำเดือดที่อุณหภูมิ 100°C แต่คุณสังเกตไหมว่าอุณหภูมิของน้ำไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างกระบวนการต้ม? คำถามคือ – พลังงานที่สร้างขึ้นจะไปไหนหากเราเก็บภาชนะไว้บนกองไฟตลอดเวลา? มันไปเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอ ดังนั้นเพื่อให้น้ำเปลี่ยนเป็นสถานะก๊าซได้ จำเป็นต้องมีการจ่ายความร้อนคงที่ ปริมาณที่จำเป็นในการแปลงของเหลวหนึ่งกิโลกรัมให้เป็นไอน้ำที่มีอุณหภูมิเท่ากันนั้นถูกกำหนดโดยปริมาณทางกายภาพที่เรียกว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำ

การต้มต้องใช้พลังงาน ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อสลายพันธะเคมีระหว่างอะตอมและโมเลกุล ทำให้เกิดฟองไอน้ำ และส่วนที่เล็กกว่าใช้เพื่อขยายไอน้ำ กล่าวคือ ฟองที่เกิดจะแตกและปล่อยออกมา เนื่องจากของเหลวทำให้พลังงานทั้งหมดเปลี่ยนเป็นสถานะก๊าซ "แรง" ของของเหลวจึงหมดลง เพื่อต่ออายุพลังงานอย่างต่อเนื่องและยืดเวลาการเดือด ของเหลวจะต้องจ่ายความร้อนให้กับภาชนะมากขึ้นเรื่อยๆ หม้อไอน้ำ เตาแก๊ส หรืออุปกรณ์ทำความร้อนอื่น ๆ สามารถจ่ายไฟได้ ในระหว่างการเดือด อุณหภูมิของของเหลวจะไม่เพิ่มขึ้น ไอน้ำจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิเดียวกัน

ของเหลวต่างชนิดกันต้องใช้ความร้อนต่างกันจึงจะเปลี่ยนเป็นไอได้ ข้อใดแสดงโดยความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

คุณสามารถเข้าใจวิธีการกำหนดค่านี้ได้จากตัวอย่าง ใช้น้ำ 1 ลิตรแล้วนำไปต้ม จากนั้นเราวัดปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการระเหยของเหลวทั้งหมด และรับค่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำ สำหรับสารประกอบเคมีอื่นๆ ตัวเลขนี้จะแตกต่างออกไป

ในวิชาฟิสิกส์ ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอจะแสดงด้วยตัวอักษรละติน L มีหน่วยวัดเป็นจูลต่อกิโลกรัม (J/kg) สามารถหาได้โดยการหารความร้อนที่ใช้ในการระเหยด้วยมวลของของเหลว:

ค่านี้มีความสำคัญมากสำหรับกระบวนการผลิตที่ใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่ ตัวอย่างเช่น พวกเขามุ่งเน้นไปที่การผลิตโลหะ ปรากฎว่าถ้าเหล็กละลายแล้วควบแน่น เมื่อแข็งตัวต่อไปจะเกิดโครงตาข่ายคริสตัลที่แข็งแกร่งขึ้น

มันเท่ากับอะไร

ค่าความร้อนจำเพาะของสารต่างๆ (r) ถูกกำหนดในระหว่างการศึกษาในห้องปฏิบัติการ น้ำที่ความดันบรรยากาศปกติจะเดือดที่ 100 °C และความร้อนของการระเหยของน้ำคือ 2258.2 กิโลจูล/กก. ตัวบ่งชี้นี้สำหรับสารอื่น ๆ บางชนิดแสดงอยู่ในตาราง:

สาร	จุดเดือด, °C	r, กิโลจูล/กก
ไนโตรเจน	-196	198
ฮีเลียม	-268,94	20,6
ไฮโดรเจน	-253	454
ออกซิเจน	-183	213
คาร์บอน	4350	50000
ฟอสฟอรัส	280	400
มีเทน	-162	510
เพนเทน	36	360
เหล็ก	2735	6340
ทองแดง	2590	4790
ดีบุก	2430	2450
ตะกั่ว	1750	8600
สังกะสี	907	1755
ปรอท	357	285
ทอง	2 700	1 650
เอทานอล	78	840
เมทิลแอลกอฮอล์	65	1100
คลอโรฟอร์ม	61	279

อย่างไรก็ตาม ตัวบ่งชี้นี้อาจเปลี่ยนแปลงได้ภายใต้อิทธิพลของปัจจัยบางประการ:

1. อุณหภูมิ.เมื่อเพิ่มขึ้น ความร้อนของการระเหยจะลดลงและอาจเท่ากับศูนย์ได้
   

   เสื้อ, °C	r, กิโลจูล/กก
   	2500
   10	2477
   20	2453
   50	2380
   80	2308
   100	2258
   200	1940
   300	1405
   374	115
   374,15

2. ความดัน.เมื่อความดันลดลง ความร้อนของการกลายเป็นไอจะเพิ่มขึ้น และในทางกลับกัน จุดเดือดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความดัน และมีค่าวิกฤตที่ 374 °C

   พี, พี	ไม่ต้ม, °C	r, กิโลจูล/กก
   0,0123	10	2477
   0,1234	50	2380
   1	100	2258
   2	120	2202
   5	152	2014
   10	180	1889
   20	112	1638
   50	264	1638
   100	311	1316
   200	366	585
   220	373,7	184,8
   วิกฤติ 221.29	374,15	-

3. มวลของสารปริมาณความร้อนที่เกี่ยวข้องในกระบวนการจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของไอน้ำที่เกิดขึ้น

ความสัมพันธ์ระหว่างการระเหยและการควบแน่น

นักฟิสิกส์พบว่ากระบวนการตรงกันข้ามกับการระเหย - การควบแน่น - ไอน้ำใช้พลังงานในปริมาณเท่ากันกับที่ใช้ในการสร้างมัน การสังเกตนี้เป็นการยืนยันกฎการอนุรักษ์พลังงาน

มิฉะนั้น อาจเป็นไปได้ที่จะสร้างสถานที่ติดตั้งโดยให้ของเหลวระเหยและควบแน่น ความแตกต่างระหว่างความร้อนที่จำเป็นสำหรับการระเหยและความร้อนที่เพียงพอสำหรับการควบแน่นจะส่งผลให้เกิดการกักเก็บพลังงานที่สามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่นได้ โดยพื้นฐานแล้ว เครื่องจักรการเคลื่อนที่ตลอดกาลจะถูกสร้างขึ้น แต่สิ่งนี้ขัดแย้งกับกฎทางกายภาพ ซึ่งหมายความว่ามันเป็นไปไม่ได้

มันวัดได้อย่างไร?

1. ความร้อนจำเพาะของการระเหยของน้ำถูกวัดโดยการทดลองในห้องปฏิบัติการทางกายภาพ เพื่อจุดประสงค์นี้จึงใช้แคลอรีมิเตอร์ ขั้นตอนมีลักษณะดังนี้:
2. เทของเหลวจำนวนหนึ่งลงในเครื่องวัดความร้อน

การเดือดคือการระเหยอย่างเข้มข้นที่เกิดขึ้นเมื่อของเหลวได้รับความร้อนไม่เพียงแต่จากพื้นผิวเท่านั้น แต่ยังรวมถึงภายในของเหลวด้วย

การเดือดเกิดขึ้นเมื่อมีการดูดซับความร้อน
ความร้อนที่ให้มาส่วนใหญ่จะใช้ในการทำลายพันธะระหว่างอนุภาคของสาร ส่วนที่เหลือ - ในงานที่ทำระหว่างการขยายตัวของไอน้ำ
เป็นผลให้พลังงานอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคไอมีค่ามากกว่าพลังงานระหว่างอนุภาคของเหลว ดังนั้นพลังงานภายในของไอจึงมากกว่าพลังงานภายในของของเหลวที่อุณหภูมิเดียวกัน
ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนของเหลวเป็นไอน้ำในระหว่างกระบวนการเดือดสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

โดยที่ m คือมวลของของเหลว (กก.)
L คือความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอแสดงให้เห็นว่าต้องใช้ความร้อนเท่าใดในการแปลงสารที่กำหนด 1 กิโลกรัมให้เป็นไอน้ำที่จุดเดือด หน่วยความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอในระบบ SI:
[ลิตร] = 1 จูล/กก
เมื่อความดันเพิ่มขึ้น จุดเดือดของของเหลวจะเพิ่มขึ้น และความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอจะลดลงและในทางกลับกัน

ในระหว่างการต้ม อุณหภูมิของของเหลวจะไม่เปลี่ยนแปลง
จุดเดือดขึ้นอยู่กับความดันที่กระทำต่อของเหลว
สารแต่ละชนิดที่ความดันเท่ากันจะมีจุดเดือดของตัวเอง
เมื่อความดันบรรยากาศเพิ่มขึ้น การเดือดจะเริ่มที่อุณหภูมิสูงขึ้น และในทางกลับกันเมื่อความดันลดลง
ตัวอย่างเช่น น้ำเดือดที่อุณหภูมิ 100 °C ที่ความดันบรรยากาศปกติเท่านั้น

เกิดอะไรขึ้นภายในของเหลวเมื่อเดือด?

การเดือดคือการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอโดยมีการก่อตัวและการเติบโตของฟองไอในของเหลวอย่างต่อเนื่องซึ่งของเหลวจะระเหยไป ในช่วงเริ่มต้นของการทำความร้อน น้ำจะอิ่มตัวด้วยอากาศและอยู่ที่อุณหภูมิห้อง เมื่อน้ำร้อน ก๊าซที่ละลายในนั้นจะถูกปล่อยออกมาที่ด้านล่างและผนังของถัง ทำให้เกิดฟองอากาศ เริ่มปรากฏให้เห็นนานก่อนจะเดือด น้ำระเหยกลายเป็นฟองเหล่านี้ ฟองที่เต็มไปด้วยไอน้ำเริ่มพองตัวเมื่อมีอุณหภูมิสูงพอสมควร

เมื่อถึงขนาดที่กำหนดมันก็แยกตัวออกจากด้านล่างขึ้นสู่ผิวน้ำและระเบิด ในกรณีนี้ไอน้ำจะออกจากของเหลว หากน้ำอุ่นไม่เพียงพอ ฟองไอน้ำที่ลอยขึ้นสู่ชั้นเย็นจะพังทลายลง การสั่นสะเทือนของน้ำที่เกิดขึ้นทำให้เกิดฟองอากาศขนาดเล็กจำนวนมากตลอดปริมาตรน้ำทั้งหมด ซึ่งเรียกว่า "ปุ่มสีขาว"

ฟองอากาศที่มีปริมาตรที่ด้านล่างของถังจะถูกกระทำโดยแรงยก:
Funder = ฟาร์คิมิดีส - แรงโน้มถ่วง
ฟองสบู่ถูกกดลงไปที่ด้านล่างเนื่องจากไม่มีแรงกดมากระทำที่พื้นผิวด้านล่าง เมื่อถูกความร้อนฟองจะขยายตัวเนื่องจากการปล่อยก๊าซเข้าไปและแตกออกจากด้านล่างเมื่อแรงยกมากกว่าแรงกดเล็กน้อย ขนาดของฟองที่สามารถแตกออกจากด้านล่างได้นั้นขึ้นอยู่กับรูปร่างของมัน รูปร่างของฟองอากาศที่ด้านล่างถูกกำหนดโดยความสามารถในการเปียกน้ำของก้นภาชนะ

ความไม่สอดคล้องกันของการเปียกและการรวมตัวของฟองอากาศที่ด้านล่างทำให้ขนาดเพิ่มขึ้น ด้วยขนาดฟองที่ใหญ่ เมื่อลอยขึ้นไปด้านหลัง จะเกิดช่องว่าง การแตกหัก และความปั่นป่วนเกิดขึ้น

เมื่อฟองสบู่แตก ของเหลวทั้งหมดที่อยู่รอบๆ จะพุ่งเข้ามา ทำให้เกิดเป็นคลื่นวงแหวน ปิดก็พ่นน้ำเป็นแถว

เมื่อฟองสบู่แตก คลื่นกระแทกของความถี่อัลตราโซนิกจะแพร่กระจายในของเหลวพร้อมกับเสียงที่ได้ยิน ระยะเริ่มแรกของการเดือดจะมีลักษณะเป็นเสียงที่ดังที่สุดและดังที่สุด (ที่ปุ่ม "สีขาว" กาต้มน้ำจะ "ร้องเพลง")

(ที่มา: virlib.eunnet.net)

ตารางอุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงในสถานะของน้ำ

ดูที่ชั้นหนังสือสิ!

น่าสนใจ

ทำไมพวกเขาถึงเจาะรูที่ฝากาต้มน้ำ?
เพื่อปล่อยไอน้ำ หากไม่มีรูที่ฝา ไอน้ำสามารถกระเซ็นน้ำออกจากพวยกาต้มน้ำได้
___

ระยะเวลาในการปรุงมันฝรั่งโดยเริ่มจากช่วงเวลาที่เดือดไม่ขึ้นอยู่กับกำลังของเครื่องทำความร้อน ระยะเวลาจะขึ้นอยู่กับเวลาที่ผลิตภัณฑ์คงอยู่ที่จุดเดือด
กำลังของเครื่องทำความร้อนไม่ส่งผลต่อจุดเดือด แต่จะส่งผลต่ออัตราการระเหยของน้ำเท่านั้น

การต้มอาจทำให้น้ำแข็งตัวได้ ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องสูบอากาศและไอน้ำออกจากภาชนะที่มีน้ำอยู่เพื่อให้น้ำเดือดตลอดเวลา

“หม้อต้มเกินขอบง่าย - อากาศไม่ดี!”
ความดันบรรยากาศที่ลดลงพร้อมกับสภาพอากาศที่เลวร้ายลงเป็นสาเหตุที่ทำให้นม “หมด” เร็วขึ้น
___

คุณสามารถรับน้ำเดือดที่ร้อนจัดได้ที่ก้นเหมืองลึกซึ่งมีแรงดันอากาศมากกว่าบนพื้นผิวโลกมาก ดังนั้นที่ความลึก 300 เมตร น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิ 101 ͦC ที่ความกดอากาศ 14 บรรยากาศ น้ำจะเดือดที่ 200 ͦC
ใต้กระดิ่งของปั๊มลมคุณจะได้ "น้ำเดือด" ที่อุณหภูมิ 20 ͦ C
บนดาวอังคารเราจะดื่ม "น้ำเดือด" ที่อุณหภูมิ 45 ͦ C
น้ำเกลือเดือดที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 ͦ C ___

ในพื้นที่ภูเขาที่ระดับความสูงมากและที่ความกดอากาศต่ำ น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 ͦเซลเซียส

ใช้เวลานานกว่าในการรออาหารดังกล่าวให้สุก

เทน้ำเย็นลงไป...ก็จะเดือด!

โดยทั่วไปน้ำจะเดือดที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส ต้มน้ำในขวดบนเตาจนเดือด มาปิดเตากันเถอะ น้ำหยุดเดือด ปิดขวดด้วยจุกและเริ่มเทน้ำเย็นอย่างระมัดระวังลงบนจุกในลำธาร มันเป็นอย่างไร? น้ำเดือดอีกแล้ว!

..............................

ภายใต้กระแสน้ำเย็น น้ำในขวดและไอน้ำก็เริ่มเย็นลง
ปริมาตรของไอลดลง และความดันเหนือผิวน้ำเปลี่ยนแปลง...
คุณคิดว่าทิศทางไหน?
... จุดเดือดของน้ำที่ความดันลดลงน้อยกว่า 100 องศา แล้วน้ำในขวดก็เดือดอีกครั้ง!
____

เมื่อปรุงอาหาร ความดันภายในกระทะ - "หม้อความดัน" - อยู่ที่ประมาณ 200 kPa และซุปในกระทะจะสุกเร็วขึ้นมาก

คุณสามารถเติมน้ำลงในกระบอกฉีดยาได้ประมาณครึ่งหนึ่ง ปิดด้วยจุกแบบเดียวกันแล้วดึงลูกสูบออกแรงๆ ฟองจำนวนมากจะปรากฏขึ้นในน้ำแสดงว่ากระบวนการเดือดได้เริ่มขึ้นแล้ว (และนี่คือที่อุณหภูมิห้อง!)
___

เมื่อสารผ่านเข้าสู่สถานะก๊าซ ความหนาแน่นของสารจะลดลงประมาณ 1,000 เท่า
___

กาต้มน้ำไฟฟ้าเครื่องแรกมีเครื่องทำความร้อนอยู่ใต้ด้านล่าง น้ำไม่ได้สัมผัสกับเครื่องทำความร้อนและใช้เวลาต้มนานมาก ในปี 1923 Arthur Large ได้ค้นพบ: เขาวางเครื่องทำความร้อนไว้ในท่อทองแดงแบบพิเศษแล้ววางไว้ในกาต้มน้ำ น้ำเดือดอย่างรวดเร็ว

กระป๋องน้ำอัดลมแบบระบายความร้อนในตัวได้รับการพัฒนาในสหรัฐอเมริกา โถมีช่องที่มีของเหลวที่มีจุดเดือดต่ำอยู่ภายใน หากคุณบดแคปซูลในวันที่อากาศร้อน ของเหลวจะเริ่มเดือดอย่างรวดเร็ว โดยดึงความร้อนออกไปจากภายในขวด และใน 90 วินาที อุณหภูมิของเครื่องดื่มจะลดลง 20-25 องศาเซลเซียส

แล้วทำไมล่ะ?

คุณคิดว่าเป็นไปได้ไหมที่จะต้มไข่ให้แข็งหากน้ำเดือดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 องศาเซลเซียส?
____

น้ำจะเดือดในหม้อที่ลอยอยู่ในน้ำเดือดอีกหม้อหนึ่งหรือไม่?
ทำไม -

เป็นไปได้ไหมที่จะทำให้น้ำเดือดโดยไม่ทำให้ร้อน?

ในบทนี้ เราจะให้ความสนใจกับการระเหยประเภทนี้ เช่น การเดือด อภิปรายการความแตกต่างจากขั้นตอนการระเหยที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ แนะนำค่าต่างๆ เช่น อุณหภูมิจุดเดือด และอภิปรายว่าขึ้นอยู่กับอะไร ในตอนท้ายของบทเรียน เราจะแนะนำปริมาณที่สำคัญมากซึ่งอธิบายกระบวนการกลายเป็นไอ - ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอและการควบแน่น

หัวข้อ: สถานะรวมของสสาร

บทเรียน: การเดือด ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอและการควบแน่น

ในบทเรียนที่แล้ว เราได้ศึกษาการก่อตัวของไอประเภทหนึ่งแล้ว ซึ่งก็คือ การระเหย และได้เน้นย้ำถึงคุณสมบัติของกระบวนการนี้ วันนี้เราจะมาพูดถึงการกลายเป็นไอประเภทนี้ กระบวนการเดือด และแนะนำค่าที่แสดงคุณลักษณะเชิงตัวเลขของกระบวนการกลายเป็นไอ - ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอและการควบแน่น

คำนิยาม.เดือด(รูปที่ 1) เป็นกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงของของเหลวไปสู่สถานะก๊าซพร้อมกับการก่อตัวของฟองไอและเกิดขึ้นตลอดปริมาตรของของเหลวทั้งหมดที่อุณหภูมิหนึ่งซึ่งเรียกว่าจุดเดือด

ลองเปรียบเทียบการกลายเป็นไอทั้งสองประเภทด้วยกัน กระบวนการเดือดมีความเข้มข้นมากกว่ากระบวนการระเหย นอกจากนี้ ดังที่เราจำได้ว่า กระบวนการระเหยเกิดขึ้นที่อุณหภูมิใดๆ ที่สูงกว่าจุดหลอมเหลว และกระบวนการเดือดอย่างเคร่งครัดที่อุณหภูมิที่กำหนด ซึ่งจะแตกต่างกันไปในแต่ละสารและเรียกว่าจุดเดือด ควรสังเกตด้วยว่าการระเหยเกิดขึ้นจากพื้นผิวอิสระของของเหลวเท่านั้นนั่นคือจากบริเวณที่แยกออกจากก๊าซโดยรอบและการเดือดเกิดขึ้นจากปริมาตรทั้งหมดในคราวเดียว

มาดูขั้นตอนการต้มกันดีกว่า ลองจินตนาการถึงสถานการณ์ที่พวกเราหลายคนต้องเผชิญซ้ำแล้วซ้ำเล่า - การทำความร้อนและต้มน้ำในภาชนะบางประเภท เช่น กระทะ ในระหว่างการทำความร้อน ความร้อนจำนวนหนึ่งจะถูกถ่ายโอนไปยังน้ำ ซึ่งจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของพลังงานภายในและการเพิ่มขึ้นของการเคลื่อนไหวของโมเลกุล กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนถึงระยะหนึ่งจนกระทั่งพลังงานการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเพียงพอที่จะเริ่มเดือด

น้ำประกอบด้วยก๊าซละลาย (หรือสิ่งเจือปนอื่น ๆ) ที่ถูกปล่อยออกมาในโครงสร้าง ซึ่งนำไปสู่สิ่งที่เรียกว่าศูนย์การกลายเป็นไอ นั่นคือไอน้ำเริ่มถูกปล่อยออกมาในศูนย์เหล่านี้และฟองจะก่อตัวขึ้นตลอดปริมาตรน้ำทั้งหมดซึ่งสังเกตได้ในระหว่างการเดือด สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าฟองเหล่านี้ไม่มีอากาศ แต่มีไอน้ำเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเดือด หลังจากการก่อตัวของฟองอากาศ ปริมาณไอน้ำในนั้นจะเพิ่มขึ้น และเริ่มมีขนาดเพิ่มขึ้น บ่อยครั้งที่ฟองสบู่ก่อตัวขึ้นใกล้ผนังของภาชนะและไม่ลอยขึ้นสู่ผิวน้ำในทันที ประการแรก การเพิ่มขนาด พวกมันอยู่ภายใต้อิทธิพลของพลังที่เพิ่มขึ้นของอาร์คิมิดีส จากนั้นพวกมันก็แยกตัวออกจากกำแพงและขึ้นสู่ผิวน้ำ ซึ่งพวกมันระเบิดและปล่อยไอน้ำส่วนหนึ่งออกมา

เป็นที่น่าสังเกตว่าไม่ใช่ว่าฟองไอน้ำทั้งหมดจะไปถึงผิวน้ำในทันที ในช่วงเริ่มต้นของกระบวนการเดือด น้ำยังไม่ได้รับความร้อนเท่ากัน และชั้นล่างซึ่งใกล้กับกระบวนการถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นโดยตรงจะร้อนกว่าชั้นบนด้วยซ้ำ แม้จะคำนึงถึงกระบวนการพาความร้อนด้วยซ้ำ สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าฟองไอน้ำที่เพิ่มขึ้นจากด้านล่างยุบตัวลงเนื่องจากปรากฏการณ์แรงตึงผิว ก่อนที่จะถึงพื้นผิวอิสระของน้ำ ในกรณีนี้ไอน้ำที่อยู่ภายในฟองสบู่จะผ่านลงไปในน้ำซึ่งจะให้ความร้อนเพิ่มเติมและเร่งกระบวนการให้ความร้อนสม่ำเสมอของน้ำตลอดทั้งปริมาตร ผลก็คือ เมื่อน้ำอุ่นขึ้นเกือบเท่าๆ กัน ฟองไอน้ำเกือบทั้งหมดจะเริ่มขึ้นถึงผิวน้ำ และกระบวนการสร้างไอน้ำเข้มข้นก็เริ่มต้นขึ้น

สิ่งสำคัญคือต้องเน้นความจริงที่ว่าอุณหภูมิที่กระบวนการเดือดเกิดขึ้นยังคงไม่เปลี่ยนแปลงแม้ว่าความเข้มข้นของความร้อนที่จ่ายให้กับของเหลวจะเพิ่มขึ้นก็ตาม กล่าวง่ายๆ ก็คือ หากในระหว่างกระบวนการเดือดคุณเติมแก๊สลงในเตาที่ให้ความร้อนกับกระทะ สิ่งนี้จะนำไปสู่การเพิ่มความเข้มข้นของการเดือดเท่านั้น และไม่ทำให้อุณหภูมิของของเหลวเพิ่มขึ้น หากเราเจาะลึกกระบวนการเดือดอย่างจริงจังมากขึ้นก็น่าสังเกตว่าบริเวณนั้นปรากฏในน้ำซึ่งสามารถทำให้ร้อนเกินไปเหนือจุดเดือดได้ แต่ตามกฎแล้วปริมาณของความร้อนสูงเกินไปดังกล่าวจะต้องไม่เกินหนึ่งหรือสองสามองศา และมีปริมาตรของเหลวรวมไม่มีนัยสำคัญ จุดเดือดของน้ำที่ความดันปกติคือ 100°C

ในระหว่างกระบวนการต้มน้ำคุณสามารถสังเกตเห็นว่ามันมาพร้อมกับเสียงลักษณะของสิ่งที่เรียกว่าเดือด เสียงเหล่านี้เกิดขึ้นอย่างแม่นยำเนื่องจากกระบวนการยุบฟองไอน้ำที่อธิบายไว้

กระบวนการเดือดของของเหลวอื่นๆ ดำเนินไปในลักษณะเดียวกับการต้มน้ำ ความแตกต่างที่สำคัญในกระบวนการเหล่านี้คืออุณหภูมิจุดเดือดที่แตกต่างกันของสาร ซึ่งค่าแบบตารางจะวัดที่ความดันบรรยากาศปกติแล้ว เราระบุค่าหลักของอุณหภูมิเหล่านี้ในตาราง

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจคือจุดเดือดของของเหลวขึ้นอยู่กับค่าของความดันบรรยากาศซึ่งเป็นเหตุผลที่เราระบุว่าค่าทั้งหมดในตารางจะได้รับที่ความดันบรรยากาศปกติ เมื่อความดันอากาศเพิ่มขึ้น จุดเดือดของของเหลวก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน เมื่อลดลง ในทางกลับกันก็จะลดลง

หลักการทำงานของเครื่องใช้ในครัวที่รู้จักกันดีเช่นหม้ออัดแรงดันนั้นขึ้นอยู่กับการพึ่งพาจุดเดือดกับความดันบรรยากาศ (รูปที่ 2) เป็นกระทะที่มีฝาปิดแน่นซึ่งในระหว่างกระบวนการนึ่งน้ำความดันอากาศที่มีไอน้ำสูงถึง 2 ความดันบรรยากาศซึ่งทำให้จุดเดือดของน้ำเพิ่มขึ้นเป็น . ด้วยเหตุนี้น้ำและอาหารในนั้นจึงมีโอกาสที่จะให้ความร้อนสูงถึงอุณหภูมิที่สูงกว่าปกติ () และกระบวนการปรุงอาหารจะถูกเร่งให้เร็วขึ้น ด้วยเหตุนี้อุปกรณ์จึงได้ชื่อมา

ข้าว. 2. หม้ออัดแรงดัน ()

สถานการณ์ที่มีจุดเดือดของของเหลวลดลงและความดันบรรยากาศลดลงก็มีตัวอย่างจากชีวิตเช่นกัน แต่ไม่ใช่ทุกวันสำหรับหลาย ๆ คนอีกต่อไป ตัวอย่างนี้ใช้กับการเดินทางของนักปีนเขาในพื้นที่ภูเขาสูง ปรากฎว่าในพื้นที่ที่ตั้งอยู่ที่ระดับความสูง 3,000-5,000 ม. จุดเดือดของน้ำเนื่องจากความดันบรรยากาศลดลงจะลดลงเหลือค่าที่ต่ำกว่าซึ่งนำไปสู่ความยากลำบากในการเตรียมอาหารขณะเดินป่าเพราะ เพื่อการบำบัดความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ ผลิตภัณฑ์ในกรณีนี้จะใช้เวลานานกว่าภายใต้สภาวะปกติอย่างมาก ที่ระดับความสูงประมาณ 7,000 ม. จุดเดือดของน้ำถึง ซึ่งทำให้ไม่สามารถปรุงผลิตภัณฑ์จำนวนมากในสภาวะดังกล่าวได้

เทคโนโลยีบางอย่างในการแยกสารขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าจุดเดือดของสารต่างๆ ต่างกัน ตัวอย่างเช่น หากเราพิจารณาน้ำมันให้ความร้อนซึ่งเป็นของเหลวเชิงซ้อนที่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่าง ในระหว่างกระบวนการเดือด ก็สามารถแบ่งออกเป็นสารต่างๆ ได้หลายชนิด ในกรณีนี้เนื่องจากจุดเดือดของน้ำมันก๊าด น้ำมันเบนซิน แนฟทา และน้ำมันเชื้อเพลิงแตกต่างกัน จึงสามารถแยกออกจากกันโดยการกลายเป็นไอและการควบแน่นที่อุณหภูมิต่างกัน กระบวนการนี้มักเรียกว่าการแยกส่วน (รูปที่ 3)

ข้าว. 3 การแยกน้ำมันออกเป็นเศษส่วน ()

เช่นเดียวกับกระบวนการทางกายภาพอื่นๆ การเดือดจะต้องถูกกำหนดลักษณะโดยใช้ค่าตัวเลข ค่านี้เรียกว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

เพื่อให้เข้าใจความหมายทางกายภาพของค่านี้ ให้พิจารณาตัวอย่างต่อไปนี้: นำน้ำ 1 กิโลกรัมไปที่จุดเดือด จากนั้นวัดว่าต้องใช้ความร้อนเท่าใดในการระเหยน้ำนี้ให้หมด (โดยไม่คำนึงถึงการสูญเสียความร้อน) - ค่านี้จะเท่ากับความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำ สำหรับสารอื่น ค่าความร้อนนี้จะแตกต่างออกไปและจะเป็นความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของสารนี้

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอกลายเป็นคุณลักษณะที่สำคัญมากในเทคโนโลยีการผลิตโลหะสมัยใหม่ ปรากฎว่าในระหว่างการหลอมและการระเหยของเหล็กด้วยการควบแน่นและการแข็งตัวตามมานั้น โครงตาข่ายคริสตัลจะเกิดขึ้นพร้อมกับโครงสร้างที่ให้ความแข็งแรงสูงกว่าตัวอย่างดั้งเดิม

การกำหนด: ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอและการควบแน่น (บางครั้งแสดงแทน )

หน่วย: .

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของสารถูกกำหนดโดยใช้การทดลองในห้องปฏิบัติการและค่าของสารพื้นฐานแสดงอยู่ในตารางที่เหมาะสม

สาร