Fierberea este o vaporizare intensă care are loc atunci când un lichid este încălzit nu numai de la suprafață, ci și în interiorul acestuia.

Fierberea are loc odată cu absorbția căldurii.
Cea mai mare parte a căldurii furnizate este cheltuită pentru ruperea legăturilor dintre particulele substanței, restul este pe munca efectuată în timpul expansiunii aburului.
Ca urmare, energia de interacțiune între particulele de vapori devine mai mare decât cea dintre particulele lichide, astfel încât energia internă a vaporilor este mai mare decât energia internă a lichidului la aceeași temperatură.
Cantitatea de căldură necesară pentru a transfera lichidul în vapori în timpul procesului de fierbere poate fi calculată folosind formula:

unde m este masa lichidului (kg),
L este căldura specifică de vaporizare.

Căldura specifică vaporizarea arată câtă căldură este necesară pentru a transforma 1 kg dintr-o substanță dată în abur la punctul de fierbere. Unitatea de măsură a căldurii specifice de vaporizare în sistemul SI:
[L] = 1 J/kg
Pe măsură ce presiunea crește, punctul de fierbere al lichidului crește, iar căldura specifică de vaporizare scade și invers.

În timpul fierberii, temperatura lichidului nu se modifică.
Punctul de fierbere depinde de presiunea exercitată asupra lichidului.
Fiecare substanță la aceeași presiune are propriul punct de fierbere.
Odată cu creșterea presiunii atmosferice, fierberea începe la o temperatură mai mare, cu o scădere a presiunii - invers.
De exemplu, apa fierbe la 100°C doar la presiunea atmosferică normală.

CE SE ÎNTÂMPLĂ ÎN INTERIORUL LICHIDULUI CÂND FIORBE?

Fierberea este trecerea lichidului la vapori educație continuăși creșterea bulelor de vapori în lichid, în interiorul cărora lichidul se evaporă. La începutul încălzirii, apa este saturată cu aer și are temperatura camerei. Când apa este încălzită, gazul dizolvat în ea este eliberat pe fundul și pereții vasului, formând bule de aer. Încep să apară cu mult înainte de fierbere. Apa se evaporă în aceste bule. O bula plină cu abur începe să se umfle la o temperatură suficient de ridicată.

După ce a ajuns la o anumită dimensiune, se desprinde de fund, se ridică la suprafața apei și izbucnește. În acest caz, vaporii părăsesc lichidul. Dacă apa nu este încălzită suficient, atunci bula de abur, care se ridică în straturile reci, se prăbușește. Fluctuațiile de apă rezultate duc la apariția unui număr mare de bule de aer mici în întregul volum de apă: așa-numita „cheie albă”.

O forță de ridicare acționează asupra unei bule de aer din fundul vasului:
Fpod \u003d Farchimede - Fgravity
Bula este presată în jos, deoarece forțele de presiune nu acționează pe suprafața inferioară. Când este încălzită, bula se extinde din cauza eliberării de gaz în ea și se desprinde din partea de jos atunci când forța de ridicare este puțin mai mare decât cea de presare. Dimensiunea unei bule care se poate rupe din fund depinde de forma acesteia. Forma bulelor de la fund este determinată de umecbilitatea fundului vasului.

Neomogenitatea umezelii și îmbinarea bulelor în partea de jos a dus la creșterea dimensiunii acestora. La dimensiuni mari Când o bula se ridică în spatele ei, se formează goluri, goluri și vâltoare.

Când bula izbucnește, tot lichidul care o înconjoară se repezi spre interior și are loc o undă inelară. Încheind, ea aruncă o coloană de apă.

Când sparge bule într-un colaps de lichid, acestea se propagă unde de soc frecvențe ultrasonice însoțite de zgomot audibil. Etapele inițiale ale fierberii sunt caracterizate de cele mai puternice și mai înalte sunete (la stadiul „cheie albă”, ibricul „cântă”).

(sursa: virlib.eunnet.net)

GRAFUL TEMPERATURII AL MODIFICĂRII STATĂRILOR AGREGATE ALE APEI

Uită-te la raftul de cărți!

INTERESANT

De ce este o gaură în capacul ceainicului?
Pentru a elibera abur. Fără o gaură în capac, aburul poate împroșca apă peste duza ceainicului.
___

Durata gătirii cartofilor, începând din momentul fierberii, nu depinde de puterea încălzitorului. Durata este determinată de timpul de rezidență al produsului la punctul de fierbere.
Puterea încălzitorului nu afectează punctul de fierbere, ci doar rata de evaporare a apei.

Fierberea poate face ca apa să înghețe. Pentru a face acest lucru, este necesar să pompați aer și vapori de apă din vasul în care se află apa, astfel încât apa să fiarbă tot timpul.

"Oalele fierb ușor peste margine - la vreme rea!"
Scăderea presiunii atmosferice care însoțește înrăutățirea vremii este motivul pentru care laptele „fuge” mai repede.
___

Apa clocotita foarte fierbinte se poate obtine la fundul minelor de adancime, unde presiunea aerului este mult mai mare decat la suprafata Pamantului. Deci, la o adâncime de 300 m, apa va fierbe la 101 ͦ C. Cu o presiune a aerului de 14 atmosfere, apa fierbe la 200 ͦ C.
Sub clopotul pompei de aer, puteți obține „apă clocotită” la 20 ͦ C.
Pe Marte, am bea „apă clocotită” la 45 C.
Apa sărată fierbe peste 100 ͦ C. ___

În regiunile muntoase la o înălțime considerabilă, sub presiune atmosferică redusă, apa fierbe la temperaturi mai mici de 100 ͦ Celsius.

Așteptarea ca o astfel de masă să fie gătită durează mai mult.

Se toarnă la rece... și va fierbe!

În mod normal, apa fierbe la 100 de grade Celsius. Se încălzește apa din balonul de pe arzător până la fierbere. Să oprim arzătorul. Apa nu mai fierbe. Închidem balonul cu un dop și începem să turnăm cu grijă apă rece pe dop. Ce este? Apa fierbe din nou!

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

Sub un jet de apă rece, apa din balon și odată cu ea vaporii de apă încep să se răcească.
Volumul vaporilor scade și presiunea deasupra suprafeței apei se modifică...
Ce crezi, in ce directie?
... Punctul de fierbere al apei la presiune redusă este mai mic de 100 de grade, iar apa din balon fierbe din nou!
____

La gătit, presiunea din interiorul oalei - „oala sub presiune” - este de aproximativ 200 kPa, iar supa dintr-o astfel de oală se va găti mult mai repede.

Puteți trage apă în seringă până la aproximativ jumătate, o puteți închide cu același dop și trageți brusc pistonul. În apă vor apărea o mulțime de bule, ceea ce indică faptul că procesul de fierbere a apei a început (și acesta este la temperatura camerei!).
___

Când o substanță trece în stare gazoasă, densitatea ei scade de aproximativ 1000 de ori.
___

Primele fierbătoare electrice aveau încălzitoare sub fund. Apa nu a intrat în contact cu încălzitorul și a fiert foarte mult timp. În 1923, Arthur Large a făcut o descoperire: a pus un încălzitor într-un tub special de cupru și l-a așezat în interiorul ibricului. Apa a fiert repede.

Cutiile cu auto-răcire pentru băuturi răcoritoare au fost dezvoltate în SUA. În borcan este montat un compartiment cu un lichid cu fierbere scăzută. Dacă zdrobiți capsula într-o zi fierbinte, lichidul va începe să fiarbă rapid, luând căldură din conținutul borcanului, iar în 90 de secunde temperatura băuturii scade cu 20-25 de grade Celsius.

DE CE?

Crezi că este posibil să fierbi un ou tare dacă apa fierbe la o temperatură mai mică de 100 de grade Celsius?
____

Va fierbe apa într-o oală care plutește într-o altă oală cu apă clocotită?
De ce? ___

Puteți face apa să fiarbă fără să o încălziți?

Procesul de schimbare a unei substanțe din stare lichidă în stare gazoasă se numește vaporizare. Vaporizarea poate fi realizată sub forma a două procese: i.

Fierbere

Al doilea proces de vaporizare este fierberea. Acest proces poate fi observat folosind un experiment simplu prin încălzirea apei într-un balon de sticlă. Când apa este încălzită, după un timp apar în ea bule, care conțin aer și vapori de apă saturati, care se formează atunci când apa se evaporă în interiorul bulelor. Când temperatura crește, presiunea din interiorul bulelor crește, iar sub acțiunea forței de flotabilitate, acestea se ridică. Cu toate acestea, deoarece temperatura straturilor superioare de apă este mai mică decât a celor inferioare, vaporii din bule încep să se condenseze și acestea se micșorează. Când apa se încălzește pe tot volumul, bulele cu abur ies la suprafață, izbucnesc și iese aburul. Apa fierbe. Aceasta se întâmplă la o temperatură la care presiunea vaporilor de saturație din bule este egală cu presiunea atmosferică.

Procesul de vaporizare care are loc în întreg volumul unui lichid la o anumită temperatură se numește. Se numește temperatura la care fierbe un lichid Punct de fierbere.

Această temperatură depinde de presiunea atmosferică. Pe măsură ce presiunea atmosferică crește, punctul de fierbere crește.

Experiența arată că în timpul procesului de fierbere temperatura lichidului nu se modifică, în ciuda faptului că energia vine din exterior. Trecerea unui lichid la starea gazoasă la punctul de fierbere este asociată cu o creștere a distanței dintre molecule și, în consecință, cu depășirea atracției dintre ele. Energia furnizată fluidului este cheltuită pentru a face munca de depășire a forțelor de atracție. Acest lucru se întâmplă până când tot lichidul se transformă în vapori. Deoarece lichidul și vaporii au aceeași temperatură în timpul procesului de fierbere, energia cinetică medie a moleculelor nu se modifică, doar energia potențială a acestora crește.

Figura prezintă un grafic al temperaturii apei în funcție de timp în timpul încălzirii acesteia de la temperatura camerei la fierbere (AB), fierbere (BC), încălzire cu abur (CD), răcire cu abur (DE), condens (EF) și răcire ulterioară (FG).

Căldura specifică de vaporizare

Pentru transformarea diferitelor substanțe dintr-o stare lichidă în stare gazoasă, este necesară o energie diferită, această energie este caracterizată de o valoare numită căldură specifică de vaporizare.

Căldura specifică de vaporizare (L) este o valoare egală cu raportul dintre cantitatea de căldură care trebuie transmisă unei substanțe cu masa de 1 kg pentru a o transforma din stare lichidă în stare gazoasă la punctul de fierbere.

Unitatea de măsură a căldurii specifice de vaporizare este [ L] = J/kg.

Pentru a calcula cantitatea de căldură Q, care trebuie transmisă unei substanțe cu masa mn pentru transformarea ei din stare lichidă în stare gazoasă, este necesar să existe căldura specifică de vaporizare ( L) ori masa substanței: Q = Lm.

Când aburul se condensează, se eliberează o anumită cantitate de căldură, iar valoarea acesteia este egală cu valoarea cantității de căldură care trebuie cheltuită pentru a transforma lichidul în abur la aceeași temperatură.

Căldura specifică

Capacitatea termică specifică este cantitatea de căldură în Jouli (J) necesară pentru a crește temperatura unei substanțe. Capacitatea termică specifică este o funcție de temperatură. Pentru gaze, trebuie făcută o distincție între căldura specifică la presiune constantă și la volum constant.

Căldura specifică de fuziune

Căldura specifică de fuziune a unui solid este cantitatea de căldură în J necesară pentru a transforma 1 kg dintr-o substanță dintr-o stare solidă într-o stare lichidă la punctul de topire.

Căldura latentă de vaporizare

Căldura latentă de vaporizare a unui lichid este cantitatea de căldură în J necesară pentru a vaporiza 1 kg de lichid la punctul de fierbere. Căldura latentă de vaporizare este foarte dependentă de presiune. Exemplu: dacă se aplică căldură unui recipient care conține 1 kg de apă la 100°C (la nivelul mării), apa va absorbi 1023 kJ de căldură latentă fără nicio modificare a citirii termometrului. Cu toate acestea, va avea loc o schimbare a stării de agregare de la lichid la vapori. Căldura absorbită de apă se numește căldură latentă de vaporizare. Aburul va economisi 1023 kJ, deoarece această energie a fost necesară pentru a schimba starea de agregare.

Căldura latentă de condensare

În procesul invers, atunci când căldura este îndepărtată de la 1 kg de vapori de apă la 100°C (la nivelul mării), aburul va elibera 1023 kJ de căldură fără a modifica citirile termometrului. Cu toate acestea, va avea loc o schimbare a stării de agregare de la vapori la lichid. Căldura absorbită de apă se numește căldură latentă de condensare.

1. Temperatura si presiunea

Măsurători termice

Temperatura sau INTENSITATEA căldurii se măsoară cu un termometru. Cele mai multe temperaturi din acest manual sunt date în grade Celsius (C), dar uneori sunt folosite și grade Fahrenheit (F). Valoarea temperaturii spune doar despre intensitatea căldurii sau CĂLDURA sensibilă, și nu despre cantitatea reală de căldură. Temperatura confortabilă pentru o persoană este în intervalul de la 21 la 27 ° C. În acest interval de temperatură, o persoană se simte cel mai confortabil. Când orice temperatură este peste sau sub acest interval, persoana o percepe ca fiind caldă sau rece. În știință, există conceptul de „zero absolut” - temperatura la care toată căldura este îndepărtată din corp. Temperatura zero absolut definit ca -273°C. Orice substanță la o temperatură peste zero absolut conține o anumită cantitate de căldură. Pentru a înțelege elementele de bază ale aerului condiționat, este, de asemenea, necesar să înțelegem relația dintre presiune, temperatură și starea de agregare. Planeta noastră este înconjurată de aer, cu alte cuvinte de gaz. Presiunea dintr-un gaz este transmisă în mod egal în toate direcțiile. Gazul din jurul nostru este 21% oxigen și 78% azot. Restul de 1% este ocupat de alte gaze rare. Această combinație de gaze se numește atmosferă. Se întinde pe sute de kilometri suprafața pământuluiși este ținut de gravitație. La nivelul mării, presiunea atmosferică este de 1,0 bar, iar punctul de fierbere al apei este de 100°C. În orice punct deasupra nivelului mării, presiunea atmosferică este mai mică, iar punctul de fierbere al apei este, de asemenea, mai scăzut. Când presiunea este redusă la 0,38 bar, punctul de fierbere al apei este de 75°C, iar la o presiune de 0,12 bar - 50°C. Dacă punctul de fierbere al apei este afectat de o scădere a presiunii, este logic să presupunem că și o creștere a presiunii îl va afecta. Un exemplu este un cazan cu abur!

Informații suplimentare: cum se transformă grade Fahrenheit în grade Celsius și invers: C = 5/9 × (F - 32). F = (9/5 × C)+32. Kelvin = C + 273. Rankine = F + 460.

Fierberea, după cum am văzut, este și evaporare, doar că este însoțită de formarea și creșterea rapidă a bulelor de vapori. Este evident că în timpul fierberii este necesar să se aducă o anumită cantitate de căldură în lichid. Această cantitate de căldură merge la formarea aburului. Mai mult, diferite lichide de aceeași masă necesită sumă diferităîncălziți pentru a le transforma în abur la punctul de fierbere.

Experimentele au arătat că evaporarea apei cu greutatea de 1 kg la o temperatură de 100 °C necesită 2,3 x 10 6 J de energie. Pentru evaporarea a 1 kg de eter luat la o temperatură de 35 °C este nevoie de 0,4 10 6 J de energie.

Prin urmare, pentru ca temperatura lichidului care se evaporă să nu se modifice, lichidului trebuie furnizată o anumită cantitate de căldură.

Mărimea fizică care arată câtă căldură este necesară pentru a transforma un lichid cu masa de 1 kg în vapori fără a modifica temperatura se numește căldură specifică de vaporizare.

Căldura specifică de vaporizare este notă cu litera L. Unitatea sa este de 1 J/kg.

Experimentele au stabilit că căldura specifică de vaporizare a apei la 100 °C este de 2,3 10 6 J/kg. Cu alte cuvinte, este nevoie de 2,3 x 10 6 J de energie pentru a transforma 1 kg de apă în abur la o temperatură de 100 °C. Prin urmare, la punctul de fierbere, energia internă a unei substanțe în stare de vapori este mai mare decât energia internă a aceleiași mase de substanță în stare lichidă.

Tabelul 6
Căldura specifică de vaporizare a anumitor substanțe (la punctul de fierbere și la presiunea atmosferică normală)

În contact cu un obiect rece, vaporii de apă se condensează (Fig. 25). În acest caz, energia absorbită în timpul formării aburului este eliberată. Experimente precise arată că, atunci când este condensat, aburul degajă cantitatea de energie care a intrat în formarea sa.

Orez. 25. Condens de abur

În consecință, când 1 kg de vapori de apă este transformat la o temperatură de 100 °C în apă de aceeași temperatură, se eliberează 2,3 x 10 6 J de energie. După cum se poate observa dintr-o comparație cu alte substanțe (Tabelul 6), această energie este destul de mare.

Energia eliberată în timpul condensării aburului poate fi utilizată. La centralele termice mari, aburul folosit în turbine încălzește apa.

Apa încălzită astfel este folosită pentru încălzirea clădirilor, în băi, spălătorii și pentru alte nevoi casnice.

Pentru a calcula cantitatea de căldură Q necesară pentru a transforma un lichid de orice masă, luat la punctul de fierbere, în vapori, trebuie să înmulțiți căldura specifică de vaporizare L cu masa m:

Din această formulă se poate determina că

m=Q/L, L=Q/m

Cantitatea de căldură degajată de aburul de masă m, care se condensează la punctul de fierbere, este determinată prin aceeași formulă.

Exemplu. Câtă energie este necesară pentru a transforma 2 kg de apă la 20°C în abur? Să notăm starea problemei și să o rezolvăm.

Întrebări

1. Care este energia furnizată lichidului în timpul fierberii?
2. Care este căldura specifică de vaporizare?
3. Cum se poate demonstra experimental că energia este eliberată atunci când aburul se condensează?
4. Care este energia eliberată de 1 kg de vapori de apă în timpul condensării?
5. Unde în tehnologie este folosită energia eliberată în timpul condensării vaporilor de apă?

Exercițiul 16

1. Cum ar trebui să înțelegem că căldura specifică de vaporizare a apei este de 2,3 10 6 J/kg?
2. Cum ar trebui să înțelegem că căldura specifică de condensare a amoniacului este de 1,4 10 6 J/kg?
3. Care dintre substanțele enumerate în tabelul 6, atunci când sunt transformate din stare lichidă în vapori, are o creștere mai mare a energiei interne? Justificați răspunsul.
4. Câtă energie este necesară pentru a transforma 150 g de apă în abur la 100°C?
5. Câtă energie trebuie cheltuită pentru a aduce la fierbere apa cu masa de 5 kg, luată la o temperatură de 0 ° C, și a o evapora?
6. Ce cantitate de energie va fi eliberată de apa cu masa de 2 kg când este răcită de la 100 la 0 °C? Ce cantitate de energie va fi eliberată dacă în loc de apă luăm aceeași cantitate de abur la 100 °C?

Exercițiu

1. Conform tabelului 6, determinați care dintre substanțe, atunci când este transformată din stare lichidă în vapori, energia internă crește mai puternic. Justificați răspunsul.
2. Pregătiți un raport pe unul dintre subiecte (opțional).
3. Cum se formează roua, gerul, ploaia și zăpada.
4. Ciclul apei în natură.
5. Turnarea metalelor.