Όλοι είναι εξοικειωμένοι με την εικόνα: υπάρχει μια κατσαρόλα με νερό στη σόμπα στη φωτιά. Το νερό από το κρύο σταδιακά γίνεται ζεστό, έτσι οι πρώτες φυσαλίδες εμφανίζονται στην επιφάνειά του και σύντομα όλο αυτό βράζει χαρούμενα. Ποια είναι η θερμότητα της εξάτμισης του νερού; Μερικοί από εμάς θυμούνται από το σχολικό πρόγραμμα ότι η θερμοκρασία του νερού σε φυσική ατμοσφαιρική πίεση δεν μπορεί να υπερβαίνει τους 100 °C. Και όσοι δεν θυμούνται ή δεν πιστεύουν μπορούν να χρησιμοποιήσουν το κατάλληλο θερμόμετρο και να βεβαιωθούν, τηρώντας τα μέτρα ασφαλείας.
Αλλά πώς μπορεί να είναι αυτό; Εξάλλου, η φωτιά εξακολουθεί να καίει κάτω από το τηγάνι, δίνει την ενέργειά της στο υγρό, και πού πάει αν δεν ζεστάνει το νερό; Απάντηση: Η ενέργεια χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του νερού σε ατμό.
Πού πάει η ενέργεια
Στη συνηθισμένη ζωή, είμαστε συνηθισμένοι στις τρεις καταστάσεις της ύλης γύρω μας: στερεά, υγρά και αέρια. Στη στερεά κατάσταση, τα μόρια στερεώνονται άκαμπτα στο κρυσταλλικό πλέγμα. Αυτό όμως δεν σημαίνει την πλήρη ακινησία τους, σε οποιαδήποτε θερμοκρασία, εφόσον είναι τουλάχιστον ένα βαθμό υψηλότερη από τους -273 ° C (αυτό είναι απόλυτο μηδέν), τα μόρια δονούνται. Επιπλέον, το πλάτος της δόνησης εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Όταν θερμαίνεται, μεταφέρεται ενέργειασωματίδια μιας ουσίας, και αυτές οι χαοτικές κινήσεις γίνονται πιο έντονες, και στη συνέχεια φτάνουν σε μια τέτοια δύναμη σε μια ορισμένη στιγμή που τα μόρια φεύγουν από τις φωλιές του πλέγματος - η ουσία γίνεται υγρό.
Στην υγρή κατάσταση, τα μόρια συνδέονται στενά μεταξύ τους λόγω της δύναμης έλξης, αν και δεν είναι σταθερά σε ένα ορισμένο σημείο του χώρου. Με την περαιτέρω συσσώρευση θερμότητας από την ουσία, οι χαοτικές δονήσεις ενός μέρους των μορίων γίνονται τόσο μεγάλες που η δύναμη έλξης των μορίων μεταξύ τους ξεπερνιέται και απομακρύνονται. Η θερμοκρασία της ουσίας σταματά να αυξάνεται, όλη η ενέργεια μεταφέρεται τώρα στις επόμενες και τις επόμενες παρτίδες σωματιδίων και έτσι, βήμα προς βήμα, όλο το νερό από το τηγάνι γεμίζει την κουζίνα με τη μορφή ατμού.
Κάθε ουσία απαιτεί μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας για να πραγματοποιήσει αυτή τη διαδικασία. Η θερμότητα της εξάτμισης του νερού, όπως και άλλα υγρά, είναι πεπερασμένη και έχει συγκεκριμένες τιμές.
Σε ποιες μονάδες μετράται
Οποιαδήποτε ενέργεια (ακόμα και κίνηση, ακόμη και θερμότητα) μετριέται σε joule. Το Joule (J) πήρε το όνομά του από τον διάσημο επιστήμονα James Joule. Αριθμητικά, μια ενέργεια 1 J μπορεί να ληφθεί εάν ένα συγκεκριμένο σώμα ωθηθεί σε απόσταση 1 μέτρου με δύναμη 1 Newton.
Προηγουμένως, για τη μέτρηση της θερμότητας, χρησιμοποιούσαν μια τέτοια έννοια όπως "θερμίδες". Πιστεύεται ότι η θερμότητα είναι μια τέτοια φυσική ουσία που μπορεί να ρέει μέσα ή έξω από οποιοδήποτε σώμα. Όσο περισσότερο «διέρρεε» στο φυσικό σώμα, τόσο πιο ζεστό είναι. Σε παλιά σχολικά βιβλία, μπορείτε ακόμα να βρείτε αυτή τη φυσική ποσότητα. Αλλά δεν είναι δύσκολο να το μετατρέψεις σε τζάουλ, αρκεί να πολλαπλασιάσουμε με 4,19.
Η ενέργεια που απαιτείται για τη μετατροπή των υγρών σε αέρια ονομάζεται ειδική θερμότητα εξάτμισης. Πώς να το υπολογίσετε όμως; Είναι άλλο πράγμα να μετατρέπεις έναν δοκιμαστικό σωλήνα νερού σε ατμό και άλλο πράγμα να μετατρέπεις τη δεξαμενή ατμομηχανής ενός τεράστιου πλοίου.
Επομένως, για παράδειγμα, για το H2O, στη θερμική μηχανική λειτουργούν με την έννοια της "ειδικής θερμότητας εξάτμισης του νερού" (J / kg - μονάδα μέτρησης). Και η λέξη κλειδί εδώ είναι «συγκεκριμένη». Θεωρείται η ποσότητα ενέργειας που είναι απαραίτητη για να μετατραπεί 1 κιλό υγρής ουσίας σε ατμό.
Η τιμή υποδεικνύεται με το λατινικό γράμμα L. Η τιμή μετράται σε joules ανά 1 kg.
Πόση ενέργεια απαιτεί το νερό
Η ειδική θερμότητα της εξάτμισης του νερού μετράται ως εξής: η ποσότητα του Ν χύνεται στο δοχείο και φέρεται σε βρασμό. Η ενέργεια που δαπανάται για την εξάτμιση ενός λίτρου νερού θα είναι η επιθυμητή τιμή.
Μετρώντας ποια είναι η ειδική θερμότητα της εξάτμισης του νερού, οι επιστήμονες έμειναν ελαφρώς έκπληκτοι. Για να μετατραπεί σε αέριο, το νερό απαιτεί περισσότερη ενέργεια από όλα τα υγρά που είναι κοινά στη Γη: ολόκληρη η σειρά αλκοολών, υγροποιημένα αέρια και ακόμη περισσότερη από μέταλλα όπως ο υδράργυρος και ο μόλυβδος.
Έτσι, η θερμότητα της εξάτμισης του νερού αποδείχθηκε ότι ήταν 2,26 mJ/kg. Για σύγκριση:
- για τον υδράργυρο - 0,282 mJ/kg;
- έχει 0,855 mJ/kg.
Το μόλυβδο
Κι αν είναι το αντίστροφο;
Τι θα συμβεί εάν αντιστρέψετε τη διαδικασία, κάνετε το υγρό να συμπυκνωθεί; Τίποτα το ιδιαίτερο, υπάρχει μια επιβεβαίωση του νόμου της διατήρησης της ενέργειας: όταν συμπυκνώνεταιενός κιλού υγρού από τον ατμό, απελευθερώνεται ακριβώς η ίδια ποσότητα θερμότητας που χρειάζεται για να μετατραπεί ξανά σε ατμό. Επομένως, ο όρος «ειδική θερμότητα εξάτμισης και συμπύκνωσης» απαντάται συχνότερα σε πίνακες αναφοράς.
Με την ευκαιρία, το γεγονός ότι η θερμότητα απορροφάται κατά την εξάτμιση χρησιμοποιείται με επιτυχία σε οικιακές και βιομηχανικές συσκευές για τη δημιουργία τεχνητού ψύχους.
