Virimas – tai intensyvus garavimas, atsirandantis kaitinant skystį ne tik nuo paviršiaus, bet ir jo viduje.

Virimas įvyksta absorbuojant šilumą.
Didžioji dalis tiekiamos šilumos sunaudojama ryšiams tarp medžiagos dalelių nutraukti, likusi dalis tenka darbui, atliekamam garų plėtimosi metu.
Dėl to sąveikos energija tarp garų dalelių tampa didesnė nei tarp skysčių dalelių, todėl garų vidinė energija yra didesnė už vidinę skysčio energiją toje pačioje temperatūroje.
Šilumos kiekį, reikalingą skysčiui pernešti į garus virimo metu, galima apskaičiuoti pagal formulę:

kur m yra skysčio masė (kg),
L yra savitoji garavimo šiluma.

Specifinė šiluma garinimas parodo, kiek šilumos reikia, kad 1 kg tam tikros medžiagos virimo temperatūroje virstų garais. Savitosios garavimo šilumos vienetas SI sistemoje:
[ L ] = 1 J/kg
Didėjant slėgiui, pakyla skysčio virimo temperatūra, mažėja savitoji garavimo šiluma ir atvirkščiai.

Verdant skysčio temperatūra nekinta.
Virimo temperatūra priklauso nuo skysčio slėgio.
Kiekviena medžiaga, esanti to paties slėgio, turi savo virimo temperatūrą.
Didėjant atmosferos slėgiui, virimas prasideda aukštesnėje temperatūroje, mažėjant slėgiui – atvirkščiai.
Pavyzdžiui, vanduo užverda 100°C temperatūroje tik esant normaliam atmosferos slėgiui.

KAS VYKSTA SKYSČIO VIDUJE VIRANT?

Virimas yra skysčio perėjimas į garus tęsti mokslus ir garų burbuliukų augimas skystyje, kurio viduje skystis išgaruoja. Šildymo pradžioje vanduo yra prisotintas oro ir yra kambario temperatūros. Kaitinamas vanduo, jame ištirpusios dujos išleidžiamos indo dugne ir sienelėse, susidaro oro burbuliukai. Jie pradeda pasirodyti ilgai prieš verdant. Vanduo išgaruoja į šiuos burbuliukus. Garų pripildytas burbulas pradeda pūsti esant pakankamai aukštai temperatūrai.

Pasiekęs tam tikrą dydį, jis atitrūksta nuo dugno, pakyla į vandens paviršių ir sprogsta. Tokiu atveju garai palieka skystį. Jei vanduo nepakankamai pašildomas, tada garų burbulas, pakilęs į šaltus sluoksnius, subyra. Dėl vandens svyravimų visame vandens tūryje atsiranda daugybė mažų oro burbuliukų: vadinamasis „baltasis raktas“.

Kėlimo jėga veikia oro burbuliuką laivo apačioje:
Fpod \u003d Farchimede - Fgravitacija
Burbulas prispaudžiamas prie dugno, nes slėgio jėgos neveikia apatinio paviršiaus. Kaitinamas, burbulas plečiasi dėl į jį išsiskiriančių dujų ir atitrūksta nuo dugno, kai kėlimo jėga yra šiek tiek didesnė nei spaudžianti. Burbulo, kuris gali atitrūkti nuo dugno, dydis priklauso nuo jo formos. Dugne esančių burbuliukų formą lemia indo dugno drėgnumas.

Drėkinantis nehomogeniškumas ir burbuliukų susiliejimas apačioje padidino jų dydį. At dideli dydžiai Kai už jo kyla burbulas, susidaro tuštumos, tarpai ir sūkuriai.

Kai burbulas sprogsta, visas jį supantis skystis veržiasi į vidų ir atsiranda žiedinė banga. Uždariusi ji išmeta vandens stulpelį.

Kai burbuliukai sprogsta skystyje, jie plinta smūginės bangos ultragarso dažniai kartu su garsiniu triukšmu. Pradinės virimo stadijos pasižymi garsiausiais ir aukščiausiais garsais ("baltojo rakto" stadijoje virdulys "dainuoja").

(šaltinis: virlib.eunnet.net)

VANDENS BŪKLĖS POKYČIŲ TEMPERATŪROS GRAFIKA

PAŽIŪRĖKITE Į KNYGŲ LENTYNĄ!

ĮDOMUS

Kodėl arbatinuko dangtelyje yra skylė?
Norėdami išleisti garus. Jei dangtelyje nėra skylės, garai gali tekėti vandeniu virš virdulio snapelio.
___

Bulvių virimo trukmė, pradedant nuo virimo momento, nepriklauso nuo šildytuvo galios. Trukmė nustatoma pagal produkto buvimo laiką virimo taške.
Šildytuvo galia neturi įtakos virimo temperatūrai, o tik vandens garavimo greičiui.

Verdant vanduo gali užšalti. Norėdami tai padaryti, iš indo, kuriame yra vanduo, reikia išpumpuoti orą ir vandens garus, kad vanduo visą laiką virtų.

„Puodai lengvai verda per kraštą – į blogą orą!
Atmosferos slėgio kritimas, lydintis prastėjančius orus, yra priežastis, kodėl pienas „bėga“ greičiau.
___

Labai karšto verdančio vandens galima gauti giluminių kasyklų dugne, kur oro slėgis daug didesnis nei Žemės paviršiuje. Taigi 300 m gylyje vanduo užvirs 101 ͦ C temperatūroje. Esant 14 atmosferų oro slėgiui, vanduo užverda 200 ͦ C temperatūroje.
Po oro siurblio varpeliu galite gauti „verdantį vandenį“ 20 ° C temperatūroje.
Marse gertume „verdantį vandenį“ 45 C temperatūroje.
Sūrus vanduo verda aukštesnėje nei 100 ͦ C temperatūroje. ___

Kalnuotuose regionuose, esančiuose dideliame aukštyje, esant sumažintam atmosferos slėgiui, vanduo užverda žemesnėje nei 100 ͦ Celsijaus temperatūroje.

Laukti, kol toks patiekalas iškeps, užtrunka ilgiau.

Supilkite šaltai... ir užvirs!

Paprastai vanduo užverda 100 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Vandenį kolboje ant degiklio pakaitinkite iki virimo. Išjungiame degiklį. Vanduo nustoja virti. Kolbą uždarome kamščiu ir pradedame atsargiai pilti šaltą vandenį ant kamščio. Kas tai? Vanduo vėl verda!

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

po srove saltas vanduo kolboje šiek tiek vandens, o kartu su juo pradeda vėsti vandens garai.
Garų tūris mažėja, o slėgis virš vandens paviršiaus keičiasi...
Kaip manote, kuria kryptimi?
... Vandens virimo temperatūra sumažintame slėgyje yra mažesnė nei 100 laipsnių, ir vanduo kolboje vėl užverda!
____

Verdant slėgis puodo – „slėginės viryklės“ – viduje yra apie 200 kPa, o sriuba tokiame puode išvirs daug greičiau.

Į švirkštą galite įtraukti vandens iki maždaug pusės, uždaryti jį tuo pačiu kamščiu ir staigiai patraukti stūmoklį. Vandenyje atsiras daug burbuliukų, rodančių, kad prasidėjo vandens virimo procesas (ir tai kambario temperatūros!).
___

Kai medžiaga pereina į dujinę būseną, jos tankis sumažėja apie 1000 kartų.
___

Pirmieji elektriniai virduliai turėjo šildytuvus po dugnu. Vanduo nesiliečia su šildytuvu ir virė labai ilgai. 1923 metais Arthuras Large'as padarė atradimą: į specialų varinį vamzdelį įdėjo šildytuvą ir įdėjo į virdulio vidų. Vanduo greitai užvirė.

JAV buvo sukurtos savaime auštančios gaiviųjų gėrimų skardinės. Į stiklainį įmontuotas skyrius su žemai verdančiu skysčiu. Susmulkinus kapsulę karštą dieną, skystis ims greitai virti, atimdamas šilumą iš stiklainio turinio, o per 90 sekundžių gėrimo temperatūra nukris 20-25 laipsniais Celsijaus.

KODĖL?

Kaip manote, ar galima kietai išvirti kiaušinį, jei vanduo verda žemesnėje nei 100 laipsnių Celsijaus temperatūroje?
____

Ar užvirs vanduo puode, kuris plūduriuoja kitame verdančio vandens puode?
Kodėl? ___

Ar galima užvirti vandenį jo nekaitinant?

Medžiagos pakeitimo iš skystos būsenos į dujinę būseną procesas vadinamas garinimas. Garinimas gali būti atliekamas dviem procesais: i.

Virimas

Antrasis garinimo procesas yra virimas. Šį procesą galima stebėti naudojant paprastą eksperimentą kaitinant vandenį stiklinėje kolboje. Kaitinant vandenį, jame po kurio laiko atsiranda burbuliukai, kuriuose yra oro ir sočiųjų vandens garų, kurie susidaro garuojant vandeniui burbuliukų viduje. Kylant temperatūrai, slėgis burbuliukų viduje didėja, o veikiami plūdrumo jėgos, jie pakyla aukštyn. Tačiau kadangi viršutinių vandens sluoksnių temperatūra žemesnė nei apatinių, burbuluose ima kondensuotis garai ir jie traukiasi. Kai vanduo sušyla per visą tūrį, burbuliukai su garais pakyla į paviršių, sprogsta ir garai išeina. Vanduo verda. Tai įvyksta esant temperatūrai, kuriai esant sočiųjų garų slėgis burbuliukuose yra lygus atmosferos slėgiui.

Garavimo procesas, vykstantis visame skysčio tūryje tam tikroje temperatūroje, vadinamas. Temperatūra, kurioje skystis užverda, vadinama virimo taškas.

Ši temperatūra priklauso nuo atmosferos slėgio. Didėjant atmosferos slėgiui, pakyla virimo temperatūra.

Patirtis rodo, kad virimo metu skysčio temperatūra nekinta, nepaisant to, kad energija ateina iš išorės. Skysčio perėjimas į dujinę būseną virimo temperatūroje yra susijęs su atstumo tarp molekulių padidėjimu ir atitinkamai su traukos tarp jų įveikimu. Skysčiui tiekiama energija išeikvojama traukos jėgų įveikimo darbui. Tai vyksta tol, kol visas skystis virsta garais. Kadangi virimo metu skysčio ir garų temperatūra yra vienoda, vidutinė molekulių kinetinė energija nekinta, tik didėja jų potenciali energija.

Paveikslėlyje parodytas vandens temperatūros ir laiko grafikas, kai jis kaitinamas nuo kambario temperatūros iki virimo (AB), virimo (BC), kaitinimo garais (CD), aušinimo garais (DE), kondensacijos (EF) ir vėlesnio aušinimo (FG) metu.

Savitoji garavimo šiluma

Skirtingoms medžiagoms paversti iš skystos būsenos į dujinę, reikalinga skirtinga energija, ši energija apibūdinama dydžiu, vadinama specifine garavimo šiluma.

Savitoji garavimo šiluma (L) yra reikšmė, lygi šilumos kiekio, kuris turi būti perduotas 1 kg masės medžiagai, kad ji virimo temperatūroje iš skystos būsenos virstų dujine, santykiui.

Savitosios garavimo šilumos vienetas yra [ L] = J/kg.

Norint apskaičiuoti šilumos kiekį Q, kuris turi būti perduodamas medžiagai, kurios masė mn, kad ji virstų iš skystos būsenos į dujinę, reikia turėti specifinę garavimo šilumą ( L) padauginus iš medžiagos masės: Q = Lm.

Kondensuojantis garams išsiskiria tam tikras šilumos kiekis, o jo reikšmė lygi šilumos kiekio, kurį reikia išleisti, kad skystis tos pačios temperatūros garais paverstų, vertei.

Specifinė šiluma

Savitoji šiluminė talpa yra šilumos kiekis džauliais (J), reikalingas medžiagos temperatūrai pakelti. Specifinė šiluminė talpa yra temperatūros funkcija. Dujų atveju reikia atskirti savitąją šilumą esant pastoviam slėgiui ir pastoviam tūriui.

Savitoji lydymosi šiluma

Kietosios medžiagos savitoji lydymosi šiluma yra šilumos kiekis J, kurio reikia 1 kg medžiagos paversti iš kietos būsenos į skystą lydymosi temperatūroje.

Latentinė garavimo šiluma

Skysčio latentinė garavimo šiluma yra šilumos kiekis J, reikalingas 1 kg skysčio išgarinti virimo temperatūroje. Latentinė garavimo šiluma labai priklauso nuo slėgio. Pavyzdys: jei šildomas indas, kuriame yra 1 kg vandens 100°C temperatūroje (jūros lygyje), vanduo sugers 1023 kJ latentinės šilumos, nepakitus termometro rodmeniui. Tačiau agregacijos būsena pasikeis iš skysčio į garus. Šiluma, kurią sugeria vanduo, vadinama latentine garavimo šiluma. Garas sutaupys 1023 kJ, nes šios energijos reikėjo norint pakeisti agregacijos būseną.

Latentinė kondensacijos šiluma

Atvirkščiai, pašalinus šilumą iš 1 kg vandens garų 100°C temperatūroje (jūros lygyje), garai išskirs 1023 kJ šilumos nekeičiant termometro rodmenų. Tačiau agregacijos būsena pasikeis iš garų į skystį. Šiluma, kurią sugeria vanduo, vadinama latentine kondensacijos šiluma.

1. Temperatūra ir slėgis

Šiluminiai matavimai

Temperatūra, arba šilumos INTENSITETAS, matuojamas termometru. Dauguma temperatūrų šiame vadove nurodomos Celsijaus laipsniais (C), tačiau kartais taip pat naudojami Farenheito laipsniai (F). Temperatūros reikšmė nurodo tik šilumos intensyvumą arba juntamą ŠILUMĄ, o ne apie tikrąjį šilumos kiekį. Žmogui patogi temperatūra svyruoja nuo 21 iki 27°C. Šiame temperatūros diapazone žmogus jaučiasi patogiausiai. Kai bet kokia temperatūra yra aukštesnė arba žemesnė už šį diapazoną, žmogus ją suvokia kaip šiltą arba šaltą. Moksle yra sąvoka „absoliutus nulis“ – temperatūra, kuriai esant visa šiluma pašalinama iš kūno. Temperatūra absoliutus nulis apibrėžiamas kaip -273°C. Bet kuri medžiaga, kurios temperatūra aukštesnė už absoliutų nulį, turi tam tikrą šilumos kiekį. Norint suprasti oro kondicionavimo pagrindus, taip pat būtina suprasti ryšį tarp slėgio, temperatūros ir agregacijos būsenos. Mūsų planeta yra apsupta oro, kitaip tariant, dujų. Slėgis dujose visomis kryptimis perduodamas vienodai. Mus supančiose dujose yra 21% deguonies ir 78% azoto. Likusį 1% užima kitos retosios dujos. Šis dujų derinys vadinamas atmosfera. Jis tęsiasi šimtus kilometrų žemės paviršiaus ir yra laikomas gravitacijos. Jūros lygyje atmosferos slėgis yra 1,0 baro, o vandens virimo temperatūra yra 100 ° C. Bet kuriame taške virš jūros lygio atmosferos slėgis yra mažesnis, o vandens virimo temperatūra taip pat yra žemesnė. Slėgį sumažinus iki 0,38 baro, vandens virimo temperatūra yra 75°C, o esant 0,12 baro slėgiui – 50°C. Jei vandens virimo temperatūrai įtakos turi slėgio sumažėjimas, logiška manyti, kad slėgio padidėjimas taip pat turės įtakos. Pavyzdys yra garo katilas!

Papildoma informacija: kaip konvertuoti Farenheito laipsnius į Celsijaus laipsnius ir atvirkščiai: C = 5/9 × (F - 32). F = (9/5 × C)+32. Kelvinas = C + 273. Rankinas = F + 460.

Virimas, kaip matėme, taip pat yra garavimas, tik jį lydi greitas garų burbuliukų susidarymas ir augimas. Akivaizdu, kad verdant į skystį reikia įnešti tam tikrą šilumos kiekį. Šis šilumos kiekis eina garų susidarymui. Be to, reikalingi skirtingi tos pačios masės skysčiai skirtingą sumą kaitinkite, kad virimo temperatūroje jie virstų garais.

Eksperimentais įrodyta, kad 1 kg sveriančiam vandeniui išgarinti 100 °C temperatūroje reikia 2,3 x 10 6 J energijos. 1 kg eterio, paimto 35 °C temperatūroje, išgarinti reikia 0,4 10 6 J energijos.

Todėl norint, kad garuojančio skysčio temperatūra nesikeistų, į skystį turi būti tiekiamas tam tikras šilumos kiekis.

Fizinis dydis, parodantis, kiek šilumos reikia, kad 1 kg masės skystis nekeičiant temperatūros virstų garais, vadinamas specifine garavimo šiluma.

Savitoji garavimo šiluma žymima raide L. Jos vienetas yra 1 J / kg.

Eksperimentais nustatyta, kad savitoji vandens garavimo šiluma 100 °C temperatūroje yra 2,3 10 6 J/kg. Kitaip tariant, norint 1 kg vandens paversti garais 100 °C temperatūroje, reikia 2,3 x 10 6 J energijos. Todėl virimo temperatūroje garų būsenos medžiagos vidinė energija yra didesnė už tos pačios masės medžiagos vidinę energiją skystoje būsenoje.

6 lentelė
Tam tikrų medžiagų savitoji garavimo šiluma (esant virimo temperatūrai ir normaliam atmosferos slėgiui)

Susilietus su šaltu objektu, vandens garai kondensuojasi (25 pav.). Tokiu atveju garų susidarymo metu sugerta energija išsiskiria. Tikslūs eksperimentai rodo, kad kondensuojantis garai išskiria tiek energijos, kiek pateko į jų susidarymą.

Ryžiai. 25. Garų kondensacija

Vadinasi, 1 kg vandens garų 100 °C temperatūroje paverčiant tokios pat temperatūros vandeniu, išsiskiria 2,3 x 10 6 J energijos. Kaip matyti iš palyginimo su kitomis medžiagomis (6 lentelė), ši energija yra gana didelė.

Gali būti panaudota energija, išsiskirianti kondensuojantis garams. Didelėse šiluminėse elektrinėse turbinose naudojami garai šildo vandenį.

Taip šildomas vanduo naudojamas pastatų šildymui, voniose, skalbyklose ir kitoms buitinėms reikmėms.

Norėdami apskaičiuoti šilumos kiekį Q, reikalingą bet kokios masės skysčiui, paimtam virimo temperatūroje, paversti garais, reikia padauginti savitąją garavimo šilumą L iš masės m:

Iš šios formulės galima nustatyti, kad

m = Q/L, L = Q/m

Šilumos kiekis, kurį išskiria m masės garai, kondensuojantis virimo temperatūroje, nustatomas pagal tą pačią formulę.

Pavyzdys. Kiek energijos reikia 2 kg 20°C vandens paversti garais? Užrašykime problemos būklę ir ją išspręskime.

Klausimai

1. Kokia energija tiekiama skysčiui verdant?
2. Kokia yra savitoji garavimo šiluma?
3. Kaip galima eksperimentiškai parodyti, kad kondensuojantis garams išsiskiria energija?
4. Kokią energiją išskiria 1 kg vandens garų kondensacijos metu?
5. Kur technikoje naudojama vandens garų kondensacijos metu išsiskirianti energija?

16 pratimas

1. Kaip suprasti, kad savitoji vandens garavimo šiluma yra 2,3 10 6 J/kg?
2. Kaip suprasti, kad savitoji amoniako kondensacijos šiluma yra 1,4 10 6 J/kg?
3. Kurių iš 6 lentelėje išvardytų medžiagų, pavertus iš skystos būsenos į garus, vidinė energija padidėja labiau? Pagrįskite atsakymą.
4. Kiek energijos reikia 150 g vandens paversti garais 100°C temperatūroje?
5. Kiek energijos reikia sunaudoti, kad 5 kg masės vanduo, paimtas 0 °C temperatūroje, užvirtų ir išgaruotų?
6. Kiek energijos išskirs 2 kg masės vanduo, atvėsęs nuo 100 iki 0 °C? Koks energijos kiekis išsiskirs, jei vietoj vandens imsime tiek pat garų 100 °C temperatūroje?

Pratimas

1. Pagal 6 lentelę nustatykite, kurios iš medžiagų, pavertus iš skystos būsenos į garus, vidinė energija didėja stipriau. Pagrįskite atsakymą.
2. Parengti pranešimą viena iš temų (neprivaloma).
3. Kaip susidaro rasa, šerkšnas, lietus ir sniegas.
4. Vandens ciklas gamtoje.
5. Metalo liejimas.