Кипенето е интензивно изпаряване, което възниква, когато течността се нагрява не само от повърхността, но и вътре в нея.

Кипенето става с абсорбиране на топлина.
По-голямата част от подадената топлина се изразходва за разрушаване на връзките между частиците на веществото, останалата част - за работата, извършена по време на разширяването на парата.
В резултат на това енергията на взаимодействие между частиците на парата става по-голяма, отколкото между частиците на течността, така че вътрешната енергия на парата е по-голяма от вътрешната енергия на течността при същата температура.
Количеството топлина, необходимо за прехвърляне на течност в пара по време на процеса на кипене, може да се изчисли по формулата:

където m е масата на течността (kg),
L е специфичната топлина на изпарение.

Специфична топлинаизпаряването показва колко топлина е необходима, за да се превърне 1 kg от дадено вещество в пара при точката на кипене. Единицата за специфична топлина на изпарение в системата SI:
[ L ] = 1 J/kg
С увеличаване на налягането температурата на кипене на течността се повишава, а специфичната топлина на изпаряване намалява и обратно.

По време на кипене температурата на течността не се променя.
Точката на кипене зависи от налягането, упражнявано върху течността.
Всяко вещество при едно и също налягане има своя точка на кипене.
С повишаване на атмосферното налягане кипенето започва при по-висока температура, с намаляване на налягането - обратно.
Например водата кипи при 100°C само при нормално атмосферно налягане.

КАКВО СЕ СЛУЧВА ВЪТРЕ В ТЕЧНОСТТА ПРИ ВРЕНЕ?

Кипенето е преход на течност към пара продължаващо обучениеи растеж на мехурчета пара в течността, вътре в които течността се изпарява. В началото на нагряването водата е наситена с въздух и има стайна температура. При нагряване на водата разтвореният в нея газ се отделя по дъното и стените на съда, образувайки въздушни мехурчета. Те започват да се появяват много преди кипене. Водата се изпарява в тези мехурчета. Балон, пълен с пара, започва да се надува при достатъчно висока температура.

След като достигне определен размер, той се откъсва от дъното, издига се на повърхността на водата и се спуква. В този случай парата напуска течността. Ако водата не се загрее достатъчно, тогава парният балон, издигайки се в студените слоеве, се срутва. Получените колебания на водата водят до появата на огромен брой малки въздушни мехурчета в целия обем вода: така нареченият "бял ключ".

Подемна сила действа върху въздушно мехурче на дъното на съда:
Fpod \u003d Фархимед - Fгравитация
Балонът се притиска към дъното, тъй като силите на натиск не действат върху долната повърхност. При нагряване балонът се разширява поради отделянето на газ в него и се откъсва от дъното, когато повдигащата сила е малко по-голяма от натискащата. Размерът на мехурчето, което може да се отдели от дъното, зависи от неговата форма. Формата на мехурчетата на дъното се определя от омокряемостта на дъното на съда.

Нехомогенността при намокряне и сливането на мехурчетата на дъното доведоха до увеличаване на техния размер. При големи размериКогато зад него се издигне балон, се образуват кухини, празнини и вихри.

Когато балонът се спука, цялата течност около него се втурва навътре и възниква пръстеновидна вълна. Затваряйки, тя изхвърля стълб вода.

Когато се спукат мехурчета в течност колапс, те се разпространяват ударни вълниултразвукови честоти, придружени от звуков шум. Началните етапи на кипене се характеризират с най-силните и високи звуци (на етапа "бял ключ" чайникът "пее").

(източник: virlib.eunnet.net)

ТЕМПЕРАТУРНА ГРАФИКА НА ПРОМЕНИТЕ В АГРЕГАТНИТЕ СЪСТОЯНИЯ НА ВОДАТА

ПОГЛЕДНЕТЕ РАВИЦАТА!

ИНТЕРЕСНО

Защо има дупка в капака на чайника?
За изпускане на пара. Без дупка в капака, парата може да плиска вода върху чучура на чайника.
___

Продължителността на готвене на картофи, започвайки от момента на кипене, не зависи от мощността на нагревателя. Продължителността се определя от времето на престой на продукта при точката на кипене.
Мощността на нагревателя не влияе на точката на кипене, а само на скоростта на изпаряване на водата.

Варенето може да накара водата да замръзне. За да направите това, е необходимо да изпомпвате въздух и водни пари от съда, където се намира водата, така че водата да кипи през цялото време.

„Саксиите лесно кипват през ръба - до лошо време!“
Спадането на атмосферното налягане, което съпътства влошаването на времето, е причината млякото да "изтича" по-бързо.
___

Много гореща вряща вода може да се получи на дъното на дълбоки мини, където налягането на въздуха е много по-високо, отколкото на повърхността на Земята. Така че на дълбочина 300 m водата ще кипи при 101 ͦ C. При въздушно налягане от 14 атмосфери водата кипи при 200 ͦ C.
Под звънеца на въздушната помпа можете да получите "вряща вода" при 20 ͦ C.
На Марс бихме пили "вряща вода" при 45 C.
Солената вода кипи над 100 ͦ C. ___

В планинските райони на значителна височина при понижено атмосферно налягане водата кипи при температури под 100 ͦ Целзий.

Чакането за приготвяне на такава храна отнема повече време.

Изсипете го студено ... и ще заври!

Обикновено водата кипи при 100 градуса по Целзий. Загрейте водата в колбата на горелката до кипене. Да изключим горелката. Водата спира да ври. Затваряме колбата със запушалка и започваме внимателно да наливаме студена вода върху запушалката. Какво е? Водата отново завира!

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

Под струя студена вода водата в колбата, а с нея и водните пари започват да се охлаждат.
Обемът на парите намалява и налягането над водната повърхност се променя...
Как мислите, в каква посока?
... Точката на кипене на водата при понижено налягане е под 100 градуса и водата в колбата завира отново!
____

При готвене налягането вътре в тенджерата - "тенджера под налягане" - е около 200 kPa и супата в такава тенджера ще се свари много по-бързо.

Можете да изтеглите вода в спринцовката до около половината, да я затворите със същата тапа и да дръпнете рязко буталото. Във водата ще се появят много мехурчета, което показва, че процесът на кипене на водата е започнал (и това е на стайна температура!).
___

Когато веществото премине в газообразно състояние, неговата плътност намалява около 1000 пъти.
___

Първите електрически чайници имаха нагреватели под дъното. Водата не влизаше в контакт с нагревателя и кипеше много дълго време. През 1923 г. Артър Лардж прави откритие: поставя нагревател в специална медна тръба и го поставя вътре в чайника. Водата бързо завря.

В САЩ са разработени самоохлаждащи се кутии за безалкохолни напитки. В буркана е монтирано отделение с нискокипяща течност. Ако раздробите капсулата в горещ ден, течността ще започне да кипи бързо, отнемайки топлината от съдържанието на буркана и за 90 секунди температурата на напитката пада с 20-25 градуса по Целзий.

ЗАЩО?

Мислите ли, че е възможно да сварите твърдо яйце, ако водата кипи при температура под 100 градуса по Целзий?
____

Ще заври ли вода в съд, който плува в друг съд с вряща вода?
Защо? ___

Можете ли да накарате водата да заври, без да я нагрявате?

Процесът на преминаване на вещество от течно състояние в газообразно състояние се нарича изпаряване. Изпаряването може да се извърши под формата на два процеса: i.

кипене

Вторият процес на изпаряване е кипене. Този процес може да се наблюдава с помощта на прост експеримент чрез нагряване на вода в стъклена колба. Когато водата се нагрява, след известно време в нея се появяват мехурчета, които съдържат въздух и наситена водна пара, която се образува при изпаряването на водата вътре в мехурчетата. Когато температурата се повиши, налягането вътре в мехурчетата се увеличава и под действието на силата на плаваемостта те се издигат нагоре. Но тъй като температурата на горните слоеве вода е по-ниска от долните, парите в мехурчетата започват да кондензират и те се свиват. Когато водата се затопли в целия обем, мехурчетата с пара се издигат на повърхността, пукат се и парата излиза. Водата кипи. Това се случва при температура, при която налягането на наситените пари в мехурчетата е равно на атмосферното налягане.

Процесът на изпаряване, протичащ в целия обем на течност при определена температура, се нарича. Температурата, при която течността кипи, се нарича точка на кипене.

Тази температура зависи от атмосферното налягане. С повишаването на атмосферното налягане се повишава и точката на кипене.

Опитът показва, че по време на процеса на кипене температурата на течността не се променя, въпреки факта, че енергията идва отвън. Преминаването на течност в газообразно състояние при точката на кипене е свързано с увеличаване на разстоянието между молекулите и съответно с преодоляване на привличането между тях. Енергията, доставена на течността, се изразходва за извършване на работата по преодоляване на силите на привличане. Това се случва, докато цялата течност се превърне в пара. Тъй като течността и парата имат еднаква температура по време на процеса на кипене, средната кинетична енергия на молекулите не се променя, а само потенциалната им енергия се увеличава.

Фигурата показва графика на температурата на водата спрямо времето по време на нейното нагряване от стайна температура до кипене (AB), кипене (BC), нагряване с пара (CD), охлаждане с пара (DE), кондензация (EF) и последващо охлаждане (FG).

Специфична топлина на изпарение

За превръщането на различни вещества от течно състояние в газообразно състояние е необходима различна енергия, тази енергия се характеризира със стойност, наречена специфична топлина на изпарение.

Специфична топлина на изпарение (Л) е стойност, равна на отношението на количеството топлина, което трябва да се предаде на вещество с маса 1 kg, за да се превърне от течно състояние в газообразно състояние при точката на кипене.

Единицата за специфична топлина на изпарение е [ Л] = J/kg.

За да се изчисли количеството топлина Q, което трябва да се предаде на вещество с маса mn за превръщането му от течно състояние в газообразно, е необходимо да има специфична топлина на изпарение ( Л) по масата на веществото: Q = Lm.

Когато парата кондензира, се отделя определено количество топлина и нейната стойност е равна на стойността на количеството топлина, което трябва да се изразходва, за да се превърне течността в пара при същата температура.

Специфична топлина

Специфичният топлинен капацитет е количеството топлина в джаули (J), необходимо за повишаване на температурата на дадено вещество. Специфичният топлинен капацитет е функция на температурата. За газовете трябва да се прави разлика между специфична топлина при постоянно налягане и при постоянен обем.

Специфична топлина на топене

Специфичната топлина на топене на твърдо вещество е количеството топлина в J, необходимо за превръщане на 1 kg вещество от твърдо в течно състояние при точката на топене.

Скрита топлина на изпарение

Скритата топлина на изпаряване на течност е количеството топлина в J, необходимо за изпаряване на 1 kg течност при точката на кипене. Скритата топлина на изпарение е силно зависима от налягането. Пример: ако се приложи топлина към съд, съдържащ 1 kg вода при 100°C (на морското равнище), водата ще абсорбира 1023 kJ латентна топлина без никаква промяна в показанията на термометъра. Ще има обаче промяна в агрегатното състояние от течност към пара. Топлината, погълната от водата, се нарича латентна топлина на изпарение. Парата ще спести 1023 kJ, тъй като тази енергия е необходима за промяна на агрегатното състояние.

Скрита топлина на кондензация

При обратния процес, когато се отдели топлина от 1 kg водна пара при 100°C (на морското равнище), парата ще освободи 1023 kJ топлина, без да променя показанията на термометъра. Ще има обаче промяна в агрегатното състояние от пара към течност. Топлината, погълната от водата, се нарича латентна топлина на кондензация.

1. Температура и налягане

Топлинни измервания

Температурата или ИНТЕНЗИВНОСТТА на топлината се измерва с термометър. Повечето температури в това ръководство са дадени в градуси по Целзий (C), но понякога се използват и градуси по Фаренхайт (F). Стойността на температурата говори само за интензитета на топлината или осезаемата ТОПЛИНА, а не за действителното количество топлина. Комфортната температура за човек е в диапазона от 21 до 27°C. В този температурен диапазон човек се чувства най-комфортно. Когато температурата е над или под този диапазон, човек я възприема като топла или студена. В науката съществува понятието "абсолютна нула" - температурата, при която цялата топлина се отстранява от тялото. температура абсолютна нулаопределена като -273°C. Всяко вещество с температура над абсолютната нула съдържа известно количество топлина. За да разберете основите на климатизацията, е необходимо също да разберете връзката между налягането, температурата и агрегатното състояние. Нашата планета е заобиколена от въздух, с други думи газ. Налягането в газа се предава еднакво във всички посоки. Газът около нас е 21% кислород и 78% азот. Останалият 1% е зает от други редки газове. Тази комбинация от газове се нарича атмосфера. Простира се на стотици километри земната повърхности се задържа от гравитацията. На морското равнище атмосферното налягане е 1,0 bar, а точката на кипене на водата е 100°C. Във всяка точка над морското равнище атмосферното налягане е по-ниско и точката на кипене на водата също е по-ниска. При намаляване на налягането до 0,38 bar точката на кипене на водата е 75°C, а при налягане 0,12 bar - 50°C. Ако температурата на кипене на водата се влияе от намаляване на налягането, логично е да се предположи, че повишаването на налягането също ще я повлияе. Пример е парен котел!

Допълнителна информация: как да конвертирате градуси по Фаренхайт в градуси по Целзий и обратно: C = 5/9 × (F - 32). F = (9/5 × C)+32. Келвин = C + 273. Ранкин = F + 460.

Кипенето, както видяхме, също е изпарение, само че е придружено от бързо образуване и растеж на мехурчета от пара. Очевидно е, че по време на кипене е необходимо да се приведе определено количество топлина към течността. Това количество топлина отива за образуването на пара. Освен това различни течности с еднаква маса изискват различно количествозагрейте, за да ги превърнете в пара в точката на кипене.

Експериментите показват, че изпарението на вода с тегло 1 kg при температура 100 °C изисква 2,3 x 10 6 J енергия. За изпаряването на 1 kg етер, взет при температура 35 °C, е необходима 0,4 10 6 J енергия.

Следователно, за да не се променя температурата на изпаряващата се течност, към течността трябва да се подаде известно количество топлина.

Физическото количество, което показва колко топлина е необходима, за да се превърне течност с маса 1 kg в пара без промяна на температурата, се нарича специфична топлина на изпаряване.

Специфичната топлина на изпарение се обозначава с буквата L. Неговата единица е 1 J / kg.

Експериментално е установено, че специфичната топлина на изпаряване на водата при 100 °C е 2,3 10 6 J/kg. С други думи, необходима е 2,3 x 10 6 J енергия, за да се превърне 1 kg вода в пара при температура 100 °C. Следователно при точката на кипене вътрешната енергия на дадено вещество в състояние на пара е по-голяма от вътрешната енергия на същата маса вещество в течно състояние.

Таблица 6
Специфична топлина на изпаряване на определени вещества (при точка на кипене и нормално атмосферно налягане)

При контакт със студен предмет водната пара кондензира (фиг. 25). В този случай енергията, погълната при образуването на пара, се освобождава. Прецизни експерименти показват, че когато се кондензира, парата отделя количеството енергия, което е отишло за нейното образуване.

Ориз. 25. Кондензация на пара

Следователно, когато 1 kg водна пара се преобразува при температура 100 °C във вода със същата температура, се освобождава 2,3 x 10 6 J енергия. Както може да се види от сравнение с други вещества (Таблица 6), тази енергия е доста висока.

Може да се използва енергията, освободена при кондензацията на парата. В големите топлоелектрически централи парата, използвана в турбините, загрява водата.

Загрятата по този начин вода се използва за отопление на сгради, бани, перални и за други битови нужди.

За да изчислите количеството топлина Q, необходимо за превръщане на всяка маса течност, взета при точката на кипене, в пара, трябва да умножите специфичната топлина на изпарение L по масата m:

От тази формула може да се определи, че

m=Q/L, L=Q/m

Количеството топлина, отделена от пара с маса m, кондензираща в точката на кипене, се определя по същата формула.

Пример. Колко енергия е необходима, за да се превърнат 2 kg вода при 20°C в пара? Нека запишем условието на задачата и да я решим.

Въпроси

1. Каква е енергията, предоставена на течността по време на кипене?
2. Каква е специфичната топлина на изпаряване?
3. Как може да се покаже експериментално, че се освобождава енергия, когато парата кондензира?
4. Каква е енергията, отделена от 1 kg водна пара по време на кондензация?
5. Къде в технологията се използва енергията, отделена при кондензацията на водната пара?

Упражнение 16

1. Как трябва да се разбере, че специфичната топлина на изпаряване на водата е 2,3 10 6 J/kg?
2. Как трябва да се разбере, че специфичната топлина на кондензация на амоняка е 1,4 10 6 J/kg?
3. Кое от веществата, изброени в таблица 6, при преминаване от течно състояние в пара увеличава вътрешната енергия повече? Обосновете отговора.
4. Колко енергия е необходима, за да се превърнат 150 g вода в пара при 100°C?
5. Колко енергия трябва да се изразходва, за да се доведе вода с маса 5 kg, взета при температура 0 ° C, до кипене и да се изпари?
6. Какво количество енергия ще отдели вода с маса 2 kg, когато се охлади от 100 до 0 °C? Какво количество енергия ще се отдели, ако вместо вода вземем същото количество пара при 100 °C?

Упражнение

1. Според таблица 6 определете кое от веществата, когато се превръща от течно състояние в пара, вътрешната енергия се увеличава по-силно. Обосновете отговора.
2. Подгответе доклад по една от темите (по избор).
3. Как се образуват роса, скреж, дъжд и сняг.
4. Кръговратът на водата в природата.
5. Леене на метал.