Как изменяется температура жидкости от начала кипения до полного её выкипания

Литература

  • Кипение // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  • Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. — М.: Энергия, 1969.
  • Кикоин И. К., Кикоин А. К. Молекулярная физика. — М., 1963.
  • Радченко И. В. Молекулярная физика. — М., 1965.
  • Михеев М. А. Глава 5 // Основы теплопередачи. — 3-е изд. — М.Л., 1956.
  • Петухов Б. С., Генин Л. Г., Ковалев С. А. Теплообмен в ядерных энергетических реакторах. — М.: Энергоатомиздат, 1986.
  • Кириллов П. Л., Юрьев Ю. С., Бобков В. П. Справочник по теплогидравлическим расчетам. — М.: Энергоатомиздат, 1990.
  • Кипение //  :  / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.

Пузырьковое кипение

При пузырьковом кипении жидкость непосредственно омывает поверхность нагрева, причем ее пограничный слой интенсивно разрушается (турбулизуется) возникающими паровыми пузырями. Кроме того, всплывающие пузыри увлекают из пристенного слоя в ядро потока присоединенную массу перегретой жидкости, что создает интенсивный перенос теплоты от поверхности нагрева к общей массе кипящей жидкости. Следствием этого является высокая интенсивность теплоотдачи при пузырьковом кипении, возрастающая с увеличением числа действующих центров парообразования и количества образующегося пара.

Сравнение испарения и кипения

В чем же разница между испарением и кипением?
Испарение с поверхности любой жидкости происходит всегда при любой температуре. Молекулы жидкости располагаются почти вплотную друг к другу, они колеблются около своего положения равновесия и связаны между собой силами притяжения. Молекулы жидкости не привязаны к определенным центрам, поэтому могут перемещаться по всей жидкости. Но у жидкостей есть всегда свободная поверхность, пограничный слой с газом. Молекулы в этом слое притягиваются с одной стороны  молекулами, которые находятся внутри жидкости. Но наиболее быстрые молекулы, с кинетической энергией, которая выше энергии их связи с остальными молекулами, способны вылететь  с поверхности жидкости. Они, отделившись от поверхности жидкости, образуют над ней пар. Часть молекул могут вследствие хаотического движения возвратится обратно в жидкость, а остальные безвозвратно теряются. У оставшихся молекул уменьшается средняя кинетическая энергия, это ведет  к охлаждению жидкости.
Кипение – это испарение, которое происходит в самом объеме жидкости. Вода в обычном состоянии при комнатной температуре насыщена воздухом. В жидкости всегда есть пузырьки газа еще до кипения. При нагревании воды газ, который в ней есть, выделяется на дно и стенки сосуда. Так образуются воздушные пузырьки. Если давление насыщенного пара жидкости будет равняться или превышать  давление газа в пузырьках, то жидкость начнет испаряться в них. При нагревании пузырьки, которые наполнены паром, раздуваются, расширяются и, наконец, всплывают на поверхность. Кипение представляет собой процесс, при котором происходит непрерывное образование и рост в жидкости пузырьков пара, куда идет испарение жидкости. Кипение данной жидкости происходит при определенной температуре и при определенном давлении и обнаруживается, когда пузырьки пара образуются во всей  жидкости. Этот процесс будет происходить, когда давление ее насыщенных паров будет равняться внешнему давлению при определенной температуре.

Температуры кипения для простых веществ[ | ]

В приведенной таблице элементов Д. И. Менделеева для каждого элемента указаны:

  • атомный номер элемента;
  • обозначение элемента;
  • температура насыщения при нормальных условиях OC{\displaystyle ^{O}C};
  • молярная скрытая теплота парообразования (кДж/моль);
  • молярная масса.
Группа  → I A II A III B IV B V B VI B VII B VIII B VIII B VIII B I B II B III A IV A V A VI A VII A VIII A
Период
1 1H -2530,4491,008 2He -2680,08454,003
2 3Li 1340145,96,941 4Be 2477292,49,012 5B 3927489,710,81 6C ~4850355,812,01 7N -1962,79314,01 😯 -1833,41016,00 9F -1883,27019,00 10Ne -2461,73320,18
3 11Na 88396,9622,99 12Mg 1090127,424,33 13Al 2467293,426,98 14Si 2355384,228,09 15P 27712,1330,97 16S 4459,632,07 17Cl -3410,235,45 18Ar -1866,44739,95
4 19K 75979,8739,10 20Ca 1484153,640,08 21Sc 2830314,244,96 22Ti 328742147,87 23V 340945250,94 24Cr 2672344,352,00 25Mn 196222654,94 26Fe 2750349,655,85 27Co 2927376,558,93 28Ni 2913370,458,69 29Cu 2567300,363,55 30Zn 907115,365,41 31Ga 2204258,769,71 32Ge 2820330,972,64 33As 61634,7674,92 34Se 22126,378,96 35Br 5915,4479,9 36Kr -1539,02983,80
5 37Rb 68872,2285,47 38Sr 138214487,62 39Y 222636388,91 40Zr 4409591,691,22 41Nb 4744696,692,91 42Mo 463959895,94 43Tc 487766098,91 44Ru 4150595101,1 45Rh 3695493102,9 46Pd 2963357106,4 47Ag 2162250,6107,9 48Cd 767100112,4 49In 2072231,5114,8 50Sn 2602295,8118,7 51Sb 158777,14121,8 52Te 45052,55127,6 53I 18420,75126,9 54Xe -10812,64131,3
6 55Cs 70567,74132,9 56Ba 1640142137,3 * 72Hf 4603575178,5 73Ta 5458743180,9 74W 5555824183,8 75Re 5596715186,2 76Os 5012627,6190,2 77Ir 4428604192,2 78Pt 3827510195,1 79Au 2856334,4197,0 80Hg 35759,23200,6 81Tl 1473164,1204,4 82Pb 1749177,7207,2 83Bi 1564104,8209,0 84Po 962120209,0 85At 33730210,0 86Rn -6216,4222,0
7 87Fr 66764223 88Ra 1737137226,0 ** 104Rf n/an/a261 105Db n/an/a262 106Sg n/an/a263 107Bh n/an/a262 108Hs n/an/a265 109Mt n/an/a268 110Ds n/an/a281 111Rg n/an/a280 112Cn n/an/an/a 113Uut n/an/an/a 114Fl n/an/an/a 115Uup n/an/an/a 116Lv n/an/an/a 117Uus n/an/an/a 118Uuo n/an/an/a
* Лантаноиды 57La 3457414138,9 58Ce 3426414140,1 59Pr 3520297140,9′ 60Nd 3100273144,2 61Pm ~3500n/a146,9 62Sm 1803166150,4 63Eu 1527144152,0 64Gd 3250359157,3 65Tb 3230331158,9 66Dy 2567230162,5 67Ho 2695241164,9 68Er 2510193167,3 69Tm 1947191168,9 70Yb 1194127173,0 71Lu 3395356175,0
** Актиноиды 89Ac 3200293227,0 90Th 4788514,4232,0 91Pa 4027470231,0 92U 4134423238,0 93Np 3902n/a237,0 94Pu 3327325244,1 95Am 2607239243,1 96Cm 3110n/a247,1 97Bk n/an/a247 98Cf n/an/a251 99Es n/an/a253 100Fm n/an/a255 101Md n/an/a256 102No n/an/a255 103Lr n/an/a260
0—10 кДж/моль 10—100 кДж/моль 100—300 кДж/моль >300 кДж/моль

Определение температуры кипения в эбуллиометре

Определение температуры кипения в эбуллиометре считается наиболее точным методом для индивидуальных веществ с температурой кипения ниже 200 °С.

Эбуллиометр (рис. 210) состоит из резервуара 1, в который через отверстие 2 наливают испытуемую жидкость. К внутренней стенке резервуара для равномерного кипения жидкости припаяно толченое стекло. Нагрев резервуара осуществляют при помощи нихромовой спирали, подключенной к лабораторному автоматическому трансформатору или при помощи стеклянной кольцевой газовой горелки, которая охватывает нижнюю часть резервуара.

Интенсивность нагрева измеряют количеством капель, падающих в минуту со счетчика 3. Над счетчиком капель находится отверстие 4 для соединения с обратным холодильником. В верхней части прибора находится также ячейка 5, представляющая собой впаянную в прибор пробирку, обвитую стеклянной спиралью. Ячейку заполняют ртутью и вставляют в нее с помощью корковой пробки термометр так, чтобы ртутный резервуар был полностью погружен в ртуть. Поверхность ртути покрывают слоем вазелинового масла и следят за тем, чтобы ртуть находилась под слоем масла.

Все части прибора, за исключением счетчика капель и нижней части резервуара 1, обматывают асбестовым шнуром во избежание охлаждения прибора. Все соединения частей прибора должны быть пришлифованы. Прибор помещают в кожух из листовой жести или алюминия. В кожухе должно быть застекленное смотровое окно. Работу проводят в вытяжном шкафу.

Определение выполняют следующим способом. В прибор через отверстие 2 наливают 50 мл испытуемой жидкости, закрывают притертой стеклянной пробкой, подводят воду в холодильник и начинают обогрев. Кипящая жидкость и ее пары омывают ячейку 5 и попадают на счетчик капель 3. Как только со счетчика начинают капать капли, нагрев регулируют так, чтобы в минуту падало 60-80 капель. Через 10 мин после начала кипения температуру измеряют через каждые 2 мин. Наблюдение прекращают, когда результаты последних пяти измерений совпадают в пределах 0,1 °С.

наблюдения

В то время как давление снижается от 1 до 50 мбар, на краю сосуда образуются маленькие пузырьки

При давлении от 30 до 20 мбар вода начинает кипеть! Пузырьки газа разного размера быстро поднимаются и бурлят на поверхности. Температура падает ниже 10 ° С. Тогда пузырьков становится все меньше и меньше, лишь изредка лопаются. Давление и температура продолжают падать. Давление ниже 10 мбар, а температура на дне сосуда составляет 4 ° С. 

Тогда внезапно тонкий слой льда формируется на поверхности.
Вот только пузырь всплыл на поверхность и распылился. Вода замерзла настолько быстро, что даже не успела снова упасть. С левой стороны на картинке виден замерзший всплеск.

Газовые пузырьки накапливаются подо льдом (фото слева). Температура на дне опускается, а вода замерзает все глубже и глубже. Когда вся вода замерзла, температура падает ниже 0 ° С. Давление остается постоянным на уровне около 8 мбар. 

Получающийся лед не прозрачен, но содержит маленькие пузырьки в верхней половине и, таким образом, выглядит молочным. В пограничном слое также видны крупные пузырьки (правый фронт).

При повторении с дистиллированной водой и водопроводной водой существенных различий не наблюдалось. 

декларация

Отсоединение молекул воды от поверхности и переход в газообразное состояние вещества зависит от двух факторов:кинетической энергии молекулы и давления извне .Чем больше кинетической энергии имеет частица, тем быстрее она движется и тем легче ее растворить из соединения с соседними молекулами. Температура всей системы (в нашем случае, воды в стакане) — это среднее значение, которое является результатом кинетических энергий всех отдельных частиц. Например, частица уже может иметь энергию для растворения, в то время как остальная вода все еще остается жидкой. Этот эффект позволяет жидкостям испаряться при температурах, намного ниже их температуры кипения. Чтобы отделиться от жидкости, частица должна преодолеть не только связь с другими частицами жидкости, но и давление извне. Давление в газах — не более чем сила и частота, с которой частицы ударяются о граничную поверхность. Поэтому молекула воды постоянно бомбардируется молекулами воздуха и должна также преодолеть это давление, чтобы стать газообразной. Чем меньше внешнее давление, тем меньше энергии требуется. Зависимость температуры кипения от внешнего давления можно рассчитать и представить графически в виде кривой давления пара . Для воды это выглядит так:

Можно видеть, что при нормальном давлении воздуха (1 бар) температура кипения составляет 100 ° C (красная стрелка), а вода кипит при комнатной температуре около 30 мбар (зеленая стрелка). Это также подтверждается нашим экспериментом: между 30 мбар и 20 мбар вода начинает кипеть (начальная температура была ниже 20 ° C, поэтому давление немного ниже). Испаренная вода откачивается. Давление остается постоянным до тех пор, пока ничто не может испариться из охлажденной воды при этом давлении. Затем давление снова понижается, и оно снова может испарять воду. Чем холоднее становится вода, тем ниже будет давление.Но почему вода вообще остывает? Когда мы кипятим воду на плите, мы все время добавляем тепло. Это тепло обеспечивает тепло испарения, которое необходимо растворить молекулам воды. В вакуумной камере тепло не добавляется. Следовательно, испаряющиеся молекулы «берут» энергию (= тепло) у других молекул. Они теряют энергию, и вода остывает. Вода обладает особым свойством, известным как аномалия воды : она имеет самую высокую плотность при 4 ° С.Поскольку плотность жидкостей разной плотности (например, воды разных температур) всегда находится на самом дне, температура на дне сосуда по-прежнему составляет 4 ° C, когда поверхность уже достигла точки замерзания.Поскольку давление продолжает падать, все больше и больше воды испаряется и получает необходимую энергию из остальной воды. Он даже испаряется, когда оставшаяся вода достигает 0 ° C, и не может продолжать охлаждаться без замерзания. Замораживание также высвобождает энергию. Таким образом, вода замерзает, поэтому она может продолжать испаряться. Подобно тому, как частицы могут переходить из жидкого в газообразное состояние вещества (испаряться), они также могут переходить из твердого в газообразное состояние. Этот процесс называется сублимацией. Лед может возвышаться при давлениях менее 8 мбар. Так называемая кривая давления сублимации будет следовать кривой давления пара выше точно в точке замерзания (желтая стрелка). Здесь лед также остывает, чтобы обеспечить энергию для сублимации. Пузырьки в полученном льду изначально заполнены водяным паром низкого давления. В некоторых, вероятно, образуется вакуум, потому что водяной пар конденсируется и замерзает. Что ж, теперь мы объяснили и (надеюсь) поняли все наблюдения. Хорошая особенность этого эксперимента в том, что он совсем не сложный, и вы все равно можете сделать много интересных наблюдений. И, конечно же, кипящая вода и пенистое мороженое тоже отлично смотрятся!

Условия возникновения и перехода от одного режима к другому

Возникновение того или иного вида кипения определяется плотностью теплового потока у поверхности нагрева, ее физическими свойствами (в частности смачиваемостью), физическими свойствами жидкости и гидродинамическим режимом потока в целом. Таким образом приходится говорить о существовании двух критических плотностях теплового потока. Первая критическая плотность теплового потока – при которой происходит переход от пузырькового кипения к пленочному, вторая – при которой происходит разрушение сплошного парового слоя и восстановление пузырькового режима кипения. В области значений плотности теплового потока, лежащих между двумя этими критическими значениями возможно устойчивое существование обоих режимов кипения или даже их длительное совместное сосуществование на разных частях одной и той же поверхности нагрева.

Паровая пленка обычно возникает в отдельных местах поверхности нагрева при достижении значений теплового потока выше критического и далее с конечной скоростью распространяется по всей поверхности нагрева. Аналогично при снижении теплового потока до значений меньше критического, происходят локальные разрушения пленки с последующим распространением пузырькового кипения на всю поверхность нагрева. На поверхностях нагрева, обедненных центрами парообразования, процесс кипения имеет нестабильный характер, а интенсивность теплообмена колеблется между условиями конвекции однофазного потока и развитого пузырькового кипения. При этом возможен непосредственный переход от однофазной конвекции жидкости к режиму пленочного кипения.

Как гнать самогон на обычном аппарате

Познакомившись с некоторыми вопросами теории, можно приступить к вопросу об управлении процессом дистилляции.

Аппараты для классической дистилляции строятся по схеме куб-холодильник. Добавление сухопарника облегчает отбор «тела» на высоких скоростях, так как препятствует брызгоуносу. Куб и паровые трубы не утепляют, и как мы выясним позже, – не случайно. Дистилляторы могут быть разными (см. фото).

Принципиально эти аппараты отличаются только степенью парциальной конденсации. При её незначительной доле аппарат годится только для перегонки браги, при большой парциальной конденсации подходит для производства благородных дистиллятов.

Перегонка браги

Брагу нужно гнать быстро. Главной задачей является отделить все испаряемые составляющие от не испаряемых. Снижение мощности в начале или в конце нагрева не требуется. При первой перегонке браги на аламбике желательно накрыть его купол тряпкой.

Обычную сахарную брагу можно отбирать «досуха» (минимальной крепости в струе). В случае с фруктовыми брагами, которые планируется выдерживать в бочках, желательно гнать до средней по погону крепости 25%. Если закончить процесс раньше, будут потеряны кислоты и тяжелые спирты, которые образуют новые эфиры в бочке.

Вторая перегонка

Крепость навалки. Оптимальная крепость кубовой жидкости для второго перегона составляет 25-30%. При такой концентрации спирта сивуха достаточно хорошо укрепляется и выводится в составе головной фракции. В «хвосты» попадет приемлемо небольшая доля спирта, но при отборе «тела» сивуху в кубе удержать не удастся или потребуется флегмовое число более 3, что серьёзно затянет процесс перегонки, да и не каждый аппарат может работать в таком режиме.

Меньшая исходная крепость навалки позволит сивухе во время отбора «голов» выходить с концентрацией выше кубовой более чем в два раза, но отбор «тела» будет начинаться при слишком малой крепости навалки, в результате почти половина спирта попадет в «хвосты», которые нужно начинать отбирать при крепости жидкости в кубе 5-10%.

Если повысить крепость кубовой навалки до 35-40% и больше, то укрепления сивухи при малых флегмовых числах не произойдет. В «головах» будет столько же сивухи, сколько и в кубовом остатке, а при капельном отборе (повышении флегмовых чисел) сивуха вообще останется в кубе.

Отбор «тела» пройдет с меньшими потерями спирта в «хвосты», но вся оставшаяся в кубе сивуха попадет в «тело». За счет того, что объем спирта в отборе уменьшится, концентрация сивухи будет даже больше, чем в навалке.

Отбор «голов». Рассмотрим, что происходит при отборе «голов» на классическом самогонном аппарате. Например, кубовая навалка крепостью 25-30% закипела, и винокур снизил мощность нагрева до 600 Вт. При этом теплопотери паровой зоны составляют 300 Вт (теплопотерями в жидкостной зоне пренебрежем для простоты расчетов). В результате из образовавшегося в кубе пара ровно половина сконденсируется. Количество отбора будет равно количеству флегмы, значит, флегмовое число равно единице. Увеличение мощности нагрева приведет к уменьшению флегмового числа и, наоборот, – дальнейшее уменьшение мощности увеличит его.

Во время дистилляции навалка имеет низкую крепость, а практически все примеси являются головными.  Поэтому отбор «голов» крайне важен, необходимо создавать условия для его успешного осуществления:

  • всегда оставлять достаточно большую паровую зону в кубе, а не гнаться за объемом навалки;
  • не утеплять куб с крышкой и паровую трубу дистиллятора.

Получение «тела». Скорость отбора «тела» при второй дробной перегонке должна быть умеренной, чтобы не сводить флегмовое число к минимуму.

Большинство бытовых классических аппаратов не обладают достаточными возможностями парциальной конденсации, поэтому получить на них приемлемую очистку «тела» можно всего двумя способами: вывести примеси с «головами» или отсечь их с «хвостами».

Когда собирать «хвосты». Распространенное мнение, что момент для перехода на отбор «хвостов» наступает, когда крепость в струе 40%, имеет под собой прочную почву.

Промежуточные примеси увеличивают свой коэффициент ректификации до величин, превышающих единицу, и становятся легко летучей составляющей пара, значит, уже не переходят во флегму, а продолжают путь в отбор. Конденсируется же в основном вода и типично хвостовые примеси. Парциальная конденсация перестает очищать от сивухи пары спирта, а наоборот –обогащает.

В момент отбора «хвостов» кубовая температура составляет около 96 °C, что соответствует кубовой крепости порядка 5%. «Хвосты» можно отбирать до 98-99 градусов в кубе, совсем до суха не нужно, появится слишком много примесей и воды.

Пробная идея и конструкция

Как некоторые могли заметить во время приготовления чая или яиц, вода в горах кипит не при 100 ° C, а — в зависимости от высоты горы — при более низких температурах. Температура кипения тем ниже, чем меньше давление окружающей среды. Конечно, возникает вопрос: может ли вода кипеть при комнатной температуре даже при достаточном давлении? И какие интересные эффекты могут возникнуть? Экспериментальная установка на самом деле относительно проста, вам просто нужно добраться до необходимого оборудования:

Когда крышка и все вентиляционные клапаны закрыты, вы можете откачивать. Затем вы можете видеть через глазок, что происходит, и можете отслеживать давление в вакуумной камере и температуру на дне емкости для воды. Вид через глазок выглядит так:

Начальная температура воды составляет ° С. Это немного холоднее, чем комнатная температура, но это не имеет значения.

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.

Удельная теплота парообразования и конденсации

Как и любой физический процесс, кипение необходимо характеризовать с помощью какой-то численной величины, такую величину называют удельной теплотой парообразования.

Для того чтобы понять физический смысл этой величины, рассмотрим следующий пример: возьмем 1 кг воды и доведем ее до температуры кипения, затем замерим, какое количество теплоты необходимо для того, чтобы полностью испарить эту воду (без учета тепловых потерь) – эта величина и будет равна удельной теплоте парообразования воды. Для другого вещества это значение теплоты будет другим и будет являться удельной теплотой парообразования этого вещества.

Удельная теплота парообразования оказывается очень важной характеристикой в современных технологиях производства металлов. Оказывается, что, например, при плавлении и испарении железа с его последующей конденсацией и затвердеванием образуется кристаллическая решетка с такой структурой, которая обеспечивает более высокую прочность, чем исходный образец

Обозначение:  удельная теплота парообразования и конденсации (иногда обозначается ).

Единица измерения: .

Удельная теплота парообразования веществ определяется с помощью экспериментов в лабораторных условиях, и ее значения для основных веществ занесены в соответствующую таблицу.

Вещество

Вода

Спирт

Ртуть

Воздух (жидкий)

Если известно, что вещество находится при температуре кипения, то для вычисления количества теплоты, необходимого для превращения его в газообразное состояние используют следующую формулу:

Обозначения:

 количество теплоты парообразования, Дж;

 удельная теплота парообразования и конденсации, ;

 масса вещества, кг.

В случае рассмотрения процесса конденсации вещества формула, описывающая количество теплоты, остается такой же, но берется со знаком минус, что подчеркивает выделение тепла в процессе конденсации, в отличие от поглощения тепла в процессе кипения, однако, зачастую этот минус не учитывается, если находится модуль количества теплоты.

На следующем уроке мы уделим внимание решению задач. Список литературы

Список литературы

  1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Классная физика (Источник).
  2. YouTube (Источник).
  3. YouTube (Источник).
  4. YouTube (Источник).

Домашнее задание

Стр. 45: вопросы № 1–3; стр. 51: вопросы № 1–5, упражнение № 10. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
Какое количество теплоты нужно затратить для превращения в пар 100 г воды, 50 г спирта, 12 г эфира? Жидкости находятся при температуре кипения.
Любое кипение одновременно является парообразованием, а всякое ли парообразование является кипением? Какое явление встречается чаще?
В кастрюлю налито 2 л воды при температуре . После закипания в кастрюле оказалось на 200 г меньше воды, чем в начале нагревания

Сколько тепла получила вода в кастрюле?
В открытой кастрюле с гладкими стенками и дном можно, осторожно нагревая, довести чистую воду (без крупинок и растворенного воздуха) до температуры свыше. Но почему вода не закипает?

Ссылка на основную публикацию