فشار تبخیر آب تاثیر فشار بر دمای اشباع. تبخیر مواد جامد

>>فیزیک: وابستگی فشار بخار اشباع شده به دما. غلیان

مایع نه تنها تبخیر می شود. در دمای معینی می جوشد.
وابستگی فشار بخار اشباع به دما. همانطور که تجربه نشان می دهد وضعیت بخار اشباع شده (ما در پاراگراف قبلی در مورد آن صحبت کردیم) تقریباً با معادله حالت یک گاز ایده آل (10.4) توصیف می شود و فشار آن با فرمول تعیین می شود.

با افزایش دما، فشار افزایش می یابد. زیرا فشار بخار اشباع به حجم بستگی ندارد، بنابراین فقط به دما بستگی دارد.
با این حال، وابستگی r n.p.از جانب تی، که به طور تجربی یافت می شود، مانند گاز ایده آل در حجم ثابت، مستقیماً متناسب نیست. با افزایش دما، فشار بخار اشباع واقعی سریعتر از فشار یک گاز ایده آل افزایش می یابد. شکل 11.1، بخشی از منحنی AB). اگر ایزوکوره های یک گاز ایده آل را از میان نقاط رسم کنیم، این امر آشکار می شود آو که در(خطچینها). چرا این اتفاق می افتد؟

هنگامی که یک مایع در یک ظرف دربسته گرم می شود، مقداری از مایع به بخار تبدیل می شود. در نتیجه طبق فرمول (11.1) فشار بخار اشباع شده نه تنها به دلیل افزایش دمای مایع، بلکه به دلیل افزایش غلظت مولکول ها (چگالی) بخار افزایش می یابد.. اساساً افزایش فشار با افزایش دما دقیقاً با افزایش غلظت تعیین می شود. تفاوت اصلی در رفتار یک گاز ایده آل و بخار اشباع در این است که وقتی دمای بخار در یک ظرف بسته تغییر می کند (یا زمانی که حجم در دمای ثابت تغییر می کند)، جرم بخار تغییر می کند. مایع تا حدی به بخار تبدیل می شود، یا برعکس، بخار تا حدی متراکم می شود. با گاز ایده آل چنین اتفاقی نمی افتد.
هنگامی که تمام مایع تبخیر شد، بخار با حرارت دادن بیشتر اشباع نمی شود و فشار آن در یک حجم ثابت به نسبت مستقیم با دمای مطلق افزایش می یابد (نگاه کنید به. شکل 11.1، بخشی از منحنی آفتاب).
. با افزایش دمای مایع، سرعت تبخیر افزایش می یابد. در نهایت مایع شروع به جوشیدن می کند. هنگام جوشیدن، حباب های بخار به سرعت در حال رشد در کل حجم مایع تشکیل می شود که به سطح شناور می شوند. نقطه جوش مایع ثابت می ماند. این به این دلیل اتفاق می افتد که تمام انرژی عرضه شده به مایع صرف تبدیل آن به بخار می شود. جوشش در چه شرایطی شروع می شود؟
یک مایع همیشه حاوی گازهای محلول است که در کف و دیواره ظرف و همچنین ذرات غبار معلق در مایع که مراکز تبخیر هستند، آزاد می شود. بخارات مایع داخل حباب ها اشباع شده است. با افزایش دما فشار بخارات اشباع شدهافزایش می یابد و اندازه حباب ها افزایش می یابد. تحت تأثیر نیروی شناور به سمت بالا شناور می شوند. اگر لایه های بالای مایع بیشتر باشد دمای پایین، سپس تراکم بخار در حباب های این لایه ها رخ می دهد. فشار به سرعت کاهش می یابد و حباب ها فرو می ریزند. فروپاشی آنقدر سریع اتفاق می افتد که دیواره های حباب با هم برخورد می کنند و چیزی شبیه به انفجار ایجاد می کنند. بسیاری از این ریزانفجارها یک صدای مشخص ایجاد می کنند. هنگامی که مایع به اندازه کافی گرم شد، حباب ها از بین می روند و به سطح شناور می شوند. مایع به جوش خواهد آمد. به کتری روی اجاق گاز دقت کنید. متوجه خواهید شد که تقریباً قبل از اینکه بجوشد، صدا ایجاد نمی کند.
وابستگی فشار بخار اشباع شده به دما توضیح می دهد که چرا نقطه جوش یک مایع به فشار روی سطح آن بستگی دارد. یک حباب بخار زمانی می تواند رشد کند که فشار بخار اشباع شده داخل آن کمی از فشار موجود در مایع بیشتر شود که مجموع فشار هوا روی سطح مایع (فشار خارجی) و فشار هیدرواستاتیک ستون مایع است.
اجازه دهید به این واقعیت توجه کنیم که تبخیر یک مایع در دمای پایین تر از نقطه جوش اتفاق می افتد و فقط از سطح مایع در طول جوش، تشکیل بخار در کل حجم مایع رخ می دهد.
جوشش در دمایی شروع می شود که در آن فشار بخار اشباع شده در حباب ها برابر با فشار مایع است.
هرچه فشار خارجی بیشتر باشد، نقطه جوش بالاتر است. بنابراین، در یک دیگ بخار با فشاری که به 1.6 10 6 Pa می رسد، آب حتی در دمای 200 درجه سانتیگراد نیز نمی جوشد. که در موسسات پزشکیدر ظروف مهر و موم شده هرمتیک - اتوکلاو ( شکل 11.2) جوشاندن آب نیز در فشار خون بالا. بنابراین، نقطه جوش مایع بسیار بالاتر از 100 درجه سانتیگراد است. از اتوکلاوها برای استریلیزاسیون استفاده می شود وسایل جراحیو غیره.

و بالعکس، با کاهش فشار خارجی، نقطه جوش را کاهش می دهیم. با پمپاژ هوا و بخار آب از فلاسک، می توانید آب را به جوش بیاورید دمای اتاق (شکل 11.3). با بالا رفتن از کوه ها، فشار اتمسفر کاهش می یابد، بنابراین نقطه جوش کاهش می یابد. در ارتفاع 7134 متری (قله لنین در پامیر) فشار تقریباً 4104 Pa (300 میلی متر جیوه) است. آب در آنجا در حدود 70 درجه سانتیگراد می جوشد. طبخ گوشت در این شرایط غیرممکن است.

هر مایع نقطه جوش مخصوص به خود را دارد که به فشار بخار اشباع آن بستگی دارد. هر چه فشار بخار اشباع بیشتر باشد، نقطه جوش مایع کمتر است، زیرا در دماهای پایین تر، فشار بخار اشباع برابر با فشار اتمسفر می شود. به عنوان مثال، در نقطه جوش 100 درجه سانتی گراد، فشار بخار اشباع آب 101325 Pa (760 میلی متر جیوه) و فشار بخار جیوه تنها 117 Pa (0.88 میلی متر جیوه) است. جیوه در دمای 357 درجه سانتی گراد در فشار معمولی می جوشد.
یک مایع زمانی می جوشد که فشار بخار اشباع آن برابر با فشار داخل مایع شود.

???
1. چرا با افزایش فشار نقطه جوش افزایش می یابد؟
2-چرا برای جوشاندن مهم است که فشار بخار اشباع حباب ها افزایش یابد و فشار هوا در آنها افزایش نیابد؟
3. چگونه می توان یک مایع را در حین خنک کردن ظرف به جوش آورد؟ (این سوال آسان نیست.)

G.Ya.Myakishev، B.B.Bukhovtsev، N.N.Sotsky، فیزیک کلاس دهم

محتوای درس یادداشت های درسی قاب پشتیبانیفن آوری های تعاملی روش های شتاب ارائه درس تمرین کارها و تمرین ها کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، کوئست ها سوالات بحث تکلیف سوالات بلاغی از دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس، عکس، گرافیک، جداول، نمودار، طنز، حکایت، جوک، کمیک، تمثیل، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول افزونه ها چکیده هاترفندهای مقاله برای گهواره های کنجکاو کتاب های درسی پایه و اضافی فرهنگ لغات اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی یک قطعه در کتاب درسی، عناصر نوآوری در درس، جایگزینی دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کاملبرنامه تقویم برای سال دستورالعمل هابرنامه های بحث و گفتگو دروس تلفیقی

اگر اصلاحات یا پیشنهادی برای این درس دارید،

بین دما رابطه مستقیمی وجود دارد اشباع مایعو اطرافیان فشار. همانطور که قبلا ذکر شد، افزایش فشار سیال باعث افزایش دمای اشباع می شود. برعکس، کاهش فشار سیال باعث کاهش دمای اشباع می شود.

یک ظرف آب بسته با دمای 22.2 درجه سانتیگراد را در نظر بگیرید. یک سوپاپ دریچه گاز، یک فشارسنج و دو دماسنج برای کنترل فرآیند روی ظرف نصب شده است. شیر فشار داخل ظرف را تنظیم می کند. فشارسنج فشار داخل ظرف را نشان می دهد و دماسنج ها دمای بخار و آب مایع را اندازه گیری می کنند. فشار اتمسفر اطراف کشتی 101.3 کیلو پاسکال است.

در یک ظرف تشکیل شده است خلاء، و دریچه بسته است. در فشار داخلی 68.9 کیلو پاسکال دمای اشباع آب 89.6 درجه سانتی گراد این به این معنی است که تا زمانی که فشار بخار به 68.9 کیلو پاسکال نرسد، جوش نمی آید. زیرا حداکثر فشار بخاردر دمای مایع 22.2 درجه سانتیگراد 2.7 کیلو پاسکال، در صورت عدم اطلاع مایع، هیچ جوشی وجود نخواهد داشت. تعداد زیادی ازانرژی.

به جای جوشیدن در این شرایط، تبخیر شروع می شود، زیرا فشار بخار مایع کمتر از فشار است. بخار اشباع شده، که به دمای آب بستگی دارد. این کار تا زمانی ادامه می یابد که حجم بالای مایع با بخار آب اشباع شود. هنگامی که به تعادل رسید، دمای مایع و محیط اطراف یکسان می شود، انتقال حرارت متوقف می شود، تعداد مولکول های بخار جدا شده و به آب باز می گردند، و فشار بخار برابر با اشباع می شود. فشار مایع که به دمای آن بستگی دارد. با رسیدن به تعادل، فشار بخار خواهد رسید حداکثر مقدار 2.7 کیلو پاسکال، و حجم مایع ثابت می ماند.

اگر با رسیدن به حالت اولیه تعادل، شیر باز شود، فشار در ظرف به سرعت به 101.3 کیلو پاسکال افزایش می یابد. در نتیجه، نقطه جوش آب افزایش می یابد 100 درجه سانتیگراد. از آنجایی که دمای آب 22.2 درجه سانتی گراد است، فشار بخار آب 2.7 کیلو پاسکال باقی می ماند. فشار بخار آب با خروج بخار از ظرف از طریق شیر و فرآیند تبخیر دوباره کاهش می یابد.

با افزایش انتقال حرارت به ظرف در نتیجه احتراق سوخت، دمای آب شروع به افزایش تا 100 درجه سانتیگراد می کند. افزایش دمای آب باعث می شود که مولکول های بخار بیشتری در نتیجه افزایش انرژی جنبشی آزاد شوند که فشار بخار را تا 101.3 کیلو پاسکال افزایش می دهد. افزایش فشار بخار- این نتیجه تغییرات دمای آب مایع است. با افزایش دمای مایع، فشار بخار اشباع نیز افزایش می یابد. به محض اینکه فشار بخار به فشار اتمسفر رسید، غلیان. بر اساس انرژی پتانسیلفرآیند تغییر حالت در نتیجه جوشیدن در دمای ثابت اتفاق می افتد. تا زمانی که ظرف گرمای کافی دریافت کند، آب به شدت به حالت گازی تغییر می کند.

هنگامی که مولکول های بخار از سطح مایع جدا می شوند و در ظرف حرکت می کنند، برخی از مولکول ها از دست می دهند انرژی جنبشیدر اثر برخورد و افتادن در مایع. برخی از مولکول ها از طریق دریچه باز رگ را ترک کرده و در اتمسفر پراکنده می شوند. در حالی که شیر بخار را آزاد می کند، فشار و فشار بخار در ظرف 101.3 کیلو پاسکال باقی می ماند. در این حالت بخار اشباع باقی می ماند و دما و فشار آن مانند مایع است: 100 درجه سانتیگراد در 101.3 کیلو پاسکال. چگالی بخار در این دما و فشار 0.596 کیلوگرم بر متر مکعب و حجم مخصوص آن، برعکس چگالی، 1.669 میلی گرم بر کیلوگرم است.

تبخیر

تبخیر- نازک است فرآیند ترمودینامیکی، ناشی از انتقال آهسته گرما به سیال از محیط است. روند تبخیرتغییرات سریعی در حجم یا جرم یک مایع ایجاد می کند. تبخیردر نتیجه جذب توسط مولکول های مایع رخ می دهد انرژی حرارتیاز محیط به دلیل اختلاف دما کم است. این افزایش انرژی به ترتیب انرژی جنبشی سیال را افزایش می دهد. هنگامی که انرژی جنبشی از طریق برخورد منتقل می شود، برخی از مولکول های نزدیک سطح به سرعت هایی می رسند که بسیار بالاتر از سرعت متوسط ​​مولکول های همسایه است. هنگامی که برخی از مولکول‌های پرانرژی به سطح مایع نزدیک می‌شوند، پیوندها را می‌شکنند، بر نیروی گرانش غلبه می‌کنند و به عنوان مولکول‌های بخار وارد جو می‌شوند.

تبخیراگر فشار بخار بالای مایع کمتر از فشار اشباع باشد که با دمای مایع مطابقت دارد، تبخیر اتفاق می‌افتد. به عبارت دیگر، تبخیر زمانی اتفاق می‌افتد که خطوط فشار بخار و دمای یک مایع در خط دمای اشباع در نقطه‌ای زیر فشار اتمسفر قطع می‌شوند. این شرایط و ضوابط در خطوط دمای اشباعزیر خط افقیفشار بخار، که با دمای مایع مطابقت دارد.

حجم مایع تبخیر شدهبا جدا شدن مولکول ها از سطح و ورود به اتمسفر اطراف به طور مداوم کاهش می یابد. پس از جدا شدن، برخی از مولکول های بخار با برخی دیگر در جو برخورد می کنند و بخشی از انرژی جنبشی خود را منتقل می کنند. هنگامی که کاهش انرژی سرعت مولکول های بخار را به زیر سطح جدا شدن از مایع کاهش می دهد، آنها به عقب برمی گردند و بنابراین مقداری از حجم از دست رفته را باز می یابند. وقتی تعداد مولکول هایی که از مایع خارج می شوند با تعداد مولکول هایی که از مایع خارج می شوند برابر است، الف حالت تعادل. هنگامی که این شرایط رخ می دهد، حجم مایع بدون تغییر باقی می ماند تا زمانی که تغییرات در فشار بخار یا دما تغییرات مربوطه را در سرعت تبخیر ایجاد کند.

فشار بخار

مقدار فشار بخار در هوای جویرا می توان با آزمایش زیر به وضوح نشان داد. اگر چند قطره آب شناور به بالا از پایین به لوله فشارسنج جیوه ای پیپت شود، پس از مدتی سطح جیوه در فشارسنج به دلیل تشکیل حفره Torricelli کاهش می یابد. بخار آب. دومی خود را ایجاد می کند فشار جزئی pH که در همه جهات به طور یکنواخت عمل می کند، از جمله روی سطح نزولی جیوه.

هنگام انجام آزمایش مشابه در شرایط با دمای بخار بالاتر در لوله فشارسنج، مقدار p افزایش می یابد (باید کمی آب روی سطح جیوه باقی بماند). چنین آزمایشاتی نشان دهنده افزایش فشار بخار اشباع با افزایش دما است. در دمای بخار در لوله 100 درجه سانتیگراد، سطح جیوه موجود در آن به سطح خود در فنجان فشارسنج کاهش می یابد، زیرا فشار بخاربرابر خواهد بود فشار جو. این روش برای مطالعه رابطه عملکردی بین پارامترهای بخار مشخص شده استفاده می شود.

فشار بخار مانند هر گازی را می توان با پاسکال بیان کرد. هنگام انجام اندازه گیری ها و محاسبات در تجهیزات خشک کردن جنگلفشار بخار از مقدار فشار صفر محاسبه می شود. گاهی اوقات فشار بیش از حد در مقابل فشار هوا به عنوان نقطه شروع برای خواندن فشار در نظر گرفته می شود. اولین بیشتر از دومی 0.1 مگاپاسکال به عنوان مثال، 0.6 مگاپاسکال با 0.5 مگاپاسکال مطابقت دارد، همانطور که توسط فشار سنج روی دیگ بخار یا خط بخار اندازه گیری می شود.

دمای اشباع

دمایی که در آن یک مایع از فاز مایع به گاز یا برعکس تغییر می کند، نامیده می شود دمای اشباع. مایع در دمای اشباعتماس گرفت اشباع شده با مایع، و بخار در دمای اشباع نامیده می شود بخار اشباع شده. برای هر شرایط محیطی یا فشاری دمای اشباع- این حداکثر دما، که در آن ماده در فاز مایع باقی می ماند. همچنین این حداقل دما، که در آن ماده به صورت بخار وجود دارد. دمای اشباع مایعات مختلف متفاوت است و به آن بستگی دارد فشار سیال. در فشار اتمسفر استاندارد، آهن تقریباً در دمای 2454 درجه سانتیگراد، مس در دمای 2343 درجه سانتیگراد، سرب در دمای 1649 درجه سانتیگراد، آب در دمای 100 درجه سانتیگراد و الکل در دمای 76.7 درجه سانتیگراد تبخیر می شوند. سایر مایعات تنها زمانی تبخیر می شوند دمای پایین. آمونیاک در دمای 33- درجه سانتی گراد، اکسیژن در 182- درجه سانتی گراد و هلیوم در دمای 269- درجه سانتی گراد در فشار استاندارد اتمسفر تبخیر می شود.

میزان تبخیر

حرکت جویبالای مایع تبخیر کننده مستقیماً به نرخ تبخیر. اگر سرعت جو در بالای سطح مایع افزایش یابد، نرخ تبخیرهمچنین افزایش می یابد، زیرا مولکول های بخار در بالای سطح مایع جمع نمی شوند. در نتیجه، فشار بخار بالای مایع کمتر باقی می‌ماند، که مقدار انرژی جنبشی مورد نیاز یک مولکول برای جدا شدن از سطح را کاهش می‌دهد و در نتیجه افزایش می‌یابد. نرخ تبخیر. اگر یک فن را روی ظرف آب قرار دهید، سرعت تبخیر افزایش می یابد و مایع در مدت زمان کوتاه تری تبخیر می شود.

یکی دیگر از عواملی که بر سرعت تبخیر تاثیر می گذارد این است سطح مایع، که به جو باز است. با افزایش سطح، شدت تبخیر افزایش می یابد، زیرا جرم مولکول های بخار در سراسر آن پخش می شود. منطقه بزرگتر، که کاهش می دهد فشاربه مایع کاهش فشار بخار مقدار آن را کاهش می دهد انرژی جنبشی، برای جدا شدن مولکول ها از سطح مایع ضروری است که باعث افزایش شدت تبخیر می شود. بنابراین، اگر حجم آب از ظرف به یک بطری منتقل شود، سطح مایع به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و زمان بیشتری برای تبخیر آب.

از ملاحظات فوق واضح است که نقطه جوش یک مایع باید به فشار خارجی بستگی داشته باشد. مشاهدات این را تایید می کند.

هرچه فشار خارجی بیشتر باشد، نقطه جوش بالاتر است. بنابراین، در یک دیگ بخار با فشار 1.6 × 10 6 Pa، آب حتی در دمای 200 درجه سانتیگراد نمی جوشد. در مؤسسات پزشکی، جوشاندن آب در رگ های مهر و موم شده هرمتیک - اتوکلاوها (شکل 6.11) نیز در فشار بالا رخ می دهد. بنابراین، نقطه جوش به طور قابل توجهی بالاتر از 100 درجه سانتیگراد است. اتوکلاو برای استریل کردن ابزار جراحی، پانسمان و غیره استفاده می شود.

و بالعکس، با کاهش فشار خارجی، نقطه جوش را کاهش می دهیم. در زیر زنگ یک پمپ هوا، می توانید آب را در دمای اتاق بجوشانید (شکل 6.12). با بالا رفتن از کوه ها، فشار اتمسفر کاهش می یابد، بنابراین نقطه جوش کاهش می یابد. در ارتفاع 7134 متری (قله لنین در پامیر) فشار تقریباً 4104 Pa (300 میلی متر جیوه) است. آب در آنجا در حدود 70 درجه سانتیگراد می جوشد. پختن گوشت به عنوان مثال در این شرایط غیرممکن است.

شکل 6.13 منحنی نقطه جوش آب در مقابل فشار خارجی را نشان می دهد. به راحتی می توان فهمید که این منحنی نیز منحنی است که وابستگی فشار بخار آب اشباع شده به دما را بیان می کند.

تفاوت در نقطه جوش مایعات

هر مایع نقطه جوش مخصوص به خود را دارد. تفاوت در نقطه جوش مایعات با اختلاف فشار بخارات اشباع آنها در همان دما تعیین می شود. به عنوان مثال، بخار اتر که قبلاً در دمای اتاق است، فشاری بیش از نیمی از فشار اتمسفر دارد. بنابراین، برای اینکه فشار بخار اتر برابر با فشار اتمسفر شود، نیاز به افزایش جزئی دما (تا 35 درجه سانتیگراد) است. در جیوه، بخارات اشباع شده فشار بسیار ناچیزی در دمای اتاق دارند. فشار بخار جیوه تنها با افزایش قابل توجه دما (تا 357 درجه سانتیگراد) با فشار اتمسفر برابر می شود. در این دما، اگر فشار خارجی 105 Pa باشد، جیوه می جوشد.

تفاوت در نقطه جوش مواد به طور گسترده در فن آوری استفاده می شود، به عنوان مثال، در جداسازی فرآورده های نفتی. هنگامی که نفت گرم می شود، با ارزش ترین و فرارترین قطعات آن (بنزین) ابتدا تبخیر می شود، بنابراین می توان آن را از باقیمانده های "سنگین" (روغن ها، نفت کوره) جدا کرد.

یک مایع زمانی می جوشد که فشار بخار اشباع آن با فشار داخل مایع برابر شود.

§ 6.6. گرمای تبخیر

آیا برای تبدیل مایع به بخار انرژی لازم است؟ احتمالا بله! مگه نه؟

ما اشاره کردیم (نگاه کنید به § 6.1) که تبخیر یک مایع با خنک شدن آن همراه است. برای حفظ دمای مایع تبخیر شده بدون تغییر، گرما باید از بیرون تامین شود. البته خود گرما می تواند از اجسام اطراف به مایع منتقل شود. بنابراین، آب در لیوان تبخیر می شود، اما دمای آب، کمی کمتر از دمای محیط، بدون تغییر باقی می ماند. گرما از هوا به آب منتقل می شود تا زمانی که تمام آب تبخیر شود.

برای حفظ جوشش آب (یا مایع دیگر) نیز باید به طور مداوم گرما به آن داده شود، مثلاً با حرارت دادن آن با مشعل. در این حالت دمای آب و ظرف افزایش نمی یابد بلکه در هر ثانیه مقدار مشخصی بخار تولید می شود.

بنابراین، برای تبدیل یک مایع به بخار از طریق تبخیر یا جوشاندن، یک ورودی گرما مورد نیاز است. مقدار حرارت مورد نیاز برای تبدیل جرم معینی از مایع به بخار در همان دما را گرمای تبخیر این مایع می گویند.

انرژی تامین شده برای بدن صرف چه چیزی می شود؟ اول از همه، برای افزایش انرژی داخلی آن در هنگام انتقال از حالت مایع به گاز: از این گذشته، این باعث افزایش حجم ماده از حجم مایع به حجم بخار اشباع می شود. در نتیجه، میانگین فاصله بین مولکول ها و در نتیجه انرژی پتانسیل آنها افزایش می یابد.

علاوه بر این، با افزایش حجم یک ماده، کار در برابر نیروهای فشار خارجی انجام می شود. این قسمت از گرمای تبخیر در دمای اتاق معمولاً چند درصد از گرمای کل تبخیر است.

گرمای تبخیر بستگی به نوع مایع، جرم و دمای آن دارد. وابستگی گرمای تبخیر به نوع مایع با مقداری به نام گرمای ویژه تبخیر مشخص می شود.

گرمای ویژه تبخیر یک مایع معین، نسبت گرمای تبخیر یک مایع به جرم آن است:

(6.6.1)

جایی که r - گرمای ویژهتبخیر مایع؛ تی- جرم مایع؛ س n- گرمای تبخیر آن. واحد SI گرمای ویژه تبخیر ژول بر کیلوگرم (J/kg) است.

گرمای ویژه تبخیر آب بسیار زیاد است: 2.256·10 6 J/kg در دمای 100 درجه سانتی گراد. برای سایر مایعات (الکل، اتر، جیوه، نفت سفید و غیره) گرمای ویژه تبخیر 3-10 برابر کمتر است.

احتراق مایعات

احتراق مایعات با دو پدیده مرتبط مشخص می شود - تبخیر و احتراق مخلوط بخار و هوا در بالای سطح مایع. در نتیجه، احتراق مایعات نه تنها همراه است واکنش شیمیایی(تبدیل اکسیداسیون به احتراق آتشین)، بلکه پدیده های فیزیکی (تبخیر و تشکیل مخلوط بخار و هوا در بالای سطح مایع) که بدون آن احتراق غیرممکن است.

انتقال یک ماده از حالت مایع به حالت بخار نامیده می شود تبخیر شدندو شکل از این فرآیند وجود دارد: تبخیر و جوشاندن. تبخیرانتقال مایع به بخار از یک سطح آزاد در دمای کمتر از نقطه جوش مایع است (شکل 4.1 را ببینید). تبخیر در نتیجه حرکت حرارتی مولکول های مایع رخ می دهد. سرعت حرکت مولکول ها در محدوده وسیعی در نوسان است و در هر دو جهت از مقدار متوسط ​​آن بسیار منحرف می شود. برخی از مولکول هایی که انرژی جنبشی به اندازه کافی بالایی دارند از لایه سطحی مایع به محیط گاز (هوا) فرار می کنند. انرژی اضافی مولکول های از دست رفته توسط مایع صرف غلبه بر نیروهای برهمکنش بین مولکول ها و کار انبساط (افزایش حجم) در هنگام تبدیل مایع به بخار می شود. غلیان- این تبخیر نه تنها از سطح، بلکه از حجم مایع از طریق تشکیل حباب های بخار در کل حجم و انتشار آنها است. تبخیر در هر دمای مایع رخ می دهد. جوش فقط در دمایی اتفاق می افتد که فشار بخار اشباع شده به فشار خارجی (اتمسفر) می رسد.

به دلیل حرکت براونی در ناحیه گاز نیز وجود دارد روند معکوس – متراکم شدن. اگر حجم بالای مایع بسته باشد، در هر دمای مایع، تعادل دینامیکی بین فرآیندهای تبخیر و تراکم برقرار می شود.

بخاری که با یک مایع در تعادل است بخار اشباع نامیده می شود. حالت تعادل مربوط به غلظت بخار تعیین شده برای یک دمای معین است. فشار بخار در حالت تعادل با مایع نامیده می شود فشار بخار اشباع

برنج. 4.1. طرح تبخیر مایع در: الف) ظرف باز، ب) ظرف بسته

فشار بخار اشباع (p.p.) یک مایع معین در دمای ثابت برای آن یک مقدار ثابت و غیرقابل تغییر است. مقدار فشار بخار اشباع شده توسط دمای مایع تعیین می شود: با افزایش دما، فشار بخار اشباع افزایش می یابد. این به دلیل افزایش انرژی جنبشی مولکول های مایع با افزایش دما است. در این حالت، نسبت فزاینده‌ای از مولکول‌ها انرژی کافی برای تبدیل شدن به بخار دارند.

بنابراین، در بالای سطح (آینه) یک مایع همیشه یک مخلوط بخار و هوا وجود دارد که در حالت تعادل، با فشار بخارهای اشباع مایع یا غلظت آنها مشخص می شود. با افزایش دما، فشار بخار اشباع طبق معادله Clayperon-Clasius افزایش می یابد:

, (4.1)

یا به صورت یکپارچه:

, (4.2)

جایی که p n.p. - فشار بخار اشباع، Pa.

تبخیر DH گرمای تبخیر است، مقدار گرمایی که برای تبدیل یک واحد جرم مایع به حالت بخار، kJ/mol لازم است.

T - دمای مایع، K.

غلظت بخار اشباع شده در بالای سطح مایع به فشار آن با رابطه زیر مرتبط است:

. (4.3)

از (4.1 و 4.2) چنین است که با افزایش دمای مایع، فشار بخارات اشباع (یا غلظت آنها) به طور تصاعدی افزایش می یابد. در این راستا، در دمای معینی در بالای سطح مایع، غلظت بخار برابر با کمتر ایجاد می شود حد غلظتشعله پخش شد این دما را پایین تر می گویند حد دماانتشار شعله (NTRP).

بنابراین، برای هر مایعی همیشه یک محدوده دمایی وجود دارد که در آن غلظت بخار اشباع بالای آینه در ناحیه اشتعال خواهد بود، یعنی HKPRP £ j p £ VKPRP.

استفاده از پدیده خنک شدن مایع در حین تبخیر. وابستگی نقطه جوش آب به فشار

در حین تبخیر، یک ماده از حالت مایع به حالت گازی (بخار) می رسد. دو نوع تبخیر وجود دارد: تبخیر و جوش.

تبخیر- این تبخیر از سطح آزاد یک مایع است.

تبخیر چگونه اتفاق می افتد؟ می دانیم که مولکول های هر مایعی در حرکت پیوسته و تصادفی هستند، برخی از آنها سریعتر و برخی دیگر کندتر حرکت می کنند. آنها توسط نیروهای جاذبه به سمت یکدیگر از پرواز خارج می شوند. با این حال، اگر مولکولی با انرژی جنبشی به اندازه کافی بالا در سطح مایع وجود داشته باشد، آنگاه قادر خواهد بود بر نیروهای جاذبه بین مولکولی غلبه کند و از مایع به بیرون پرواز کند. همین کار با یک مولکول سریع دیگر، با مولکول دوم، سوم و غیره تکرار می شود. این مولکول ها با پرواز به بیرون، در بالای مایع بخار تشکیل می دهند. تشکیل این بخار تبخیر است.

از آنجایی که سریعترین مولکولها در طول تبخیر از یک مایع خارج می شوند، به طور متوسط انرژی جنبشیمولکول های کمتر و کمتری در مایع باقی می مانند. در نتیجه دمای مایع در حال تبخیر کاهش می یابد: مایع خنک می شود. به همین دلیل است که بویژه فردی که لباس خیس دارد نسبت به لباس خشک (مخصوصاً در باد) سردتر است.

در عین حال، همه می دانند که اگر آب را در لیوانی بریزید و آن را روی میز بگذارید، با وجود تبخیر، به طور مداوم سرد نمی شود و تا زمانی که یخ بزند سردتر و سردتر می شود. چه چیزی این را متوقف می کند؟ پاسخ بسیار ساده است: تبادل حرارت بین آب و هوای گرم اطراف شیشه.

خنک شدن مایع در حین تبخیر در مواردی که تبخیر به اندازه کافی سریع اتفاق می افتد بیشتر قابل توجه است (به طوری که مایع به دلیل تبادل حرارت با آن زمان لازم برای بازیابی دمای خود را نداشته باشد. محیط). مایعات فرار با نیروهای جذاب بین مولکولی ضعیف مانند اتر، الکل و بنزین به سرعت تبخیر می شوند. اگر چنین مایعی را روی دست خود بیاندازید، احساس سرما می کنید. چنین مایعی که از سطح دست تبخیر می شود، خنک می شود و مقداری گرما را از آن می گیرد.

موادی که به سرعت تبخیر می شوند یافت می شوند کاربرد گستردهدر تکنولوژی به عنوان مثال، در فناوری فضایی، وسایل نقلیه فرود با چنین موادی پوشیده می شوند. هنگام عبور از جو سیاره، بدنه دستگاه در اثر اصطکاک گرم می شود و ماده پوشاننده آن شروع به تبخیر می کند. همانطور که تبخیر می شود، فضاپیما را خنک می کند و در نتیجه آن را از گرم شدن بیش از حد نجات می دهد.

خنک شدن آب در حین تبخیر آن در ابزار اندازه گیری رطوبت هوا نیز استفاده می شود - روان سنج ها(از یونانی "psychros" - سرد). سایکرومتر از دو دماسنج تشکیل شده است. یکی از آنها (خشک) دمای هوا را نشان می دهد و دیگری (مخزن آن با کامبریک بسته شده و در آب فرو رفته است) به دلیل شدت تبخیر از کامبریک مرطوب دمای کمتری را نشان می دهد. هر چه هوای خشک‌تر رطوبت آن اندازه‌گیری شود، تبخیر بیشتر و در نتیجه میزان لامپ مرطوب کمتر می‌شود. و بالعکس، هر چه رطوبت هوا بیشتر باشد، شدت تبخیر کمتر و در نتیجه بیشتر می شود. درجه حرارت بالااین دماسنج نشان می دهد بر اساس قرائت دماسنج های خشک و مرطوب، رطوبت هوا، به صورت درصد بیان شده، با استفاده از جدول مخصوص (روان سنجی) تعیین می شود. بیشترین رطوبت 100% است (در این رطوبت هوا، شبنم روی اجسام ظاهر می شود). برای انسان مطلوب ترین رطوبت بین 40 تا 60 درصد در نظر گرفته می شود.

با کمک آزمایش های ساده می توان به راحتی ثابت کرد که سرعت تبخیر با افزایش دمای مایع و همچنین با افزایش سطح سطح آزاد آن و در حضور باد افزایش می یابد.

چرا وقتی باد وجود دارد مایع سریعتر تبخیر می شود؟ واقعیت این است که همزمان با تبخیر روی سطح مایع، روند معکوس نیز رخ می دهد - متراکم شدن. تراکم به این دلیل رخ می دهد که برخی از مولکول های بخار که به طور تصادفی روی مایع حرکت می کنند، دوباره به آن باز می گردند. باد مولکول هایی را که از مایع خارج می شوند با خود می برد و به آنها اجازه بازگشت نمی دهد.

هنگامی که بخار با مایع تماس نداشته باشد، میعان می تواند رخ دهد. برای مثال، تراکم است که تشکیل ابرها را توضیح می‌دهد: مولکول‌های بخار آب که از سطح زمین در لایه‌های سردتر اتمسفر بالا می‌آیند به قطرات ریز آب گروه‌بندی می‌شوند که تجمع آنها ابرها را تشکیل می‌دهند. تراکم بخار آب در جو همچنین منجر به باران و شبنم می شود.

وابستگی دمای جوش به فشار

نقطه جوش آب 100 درجه سانتیگراد است. ممکن است تصور شود که این خاصیت ذاتی آب است، که آب مهم نیست کجا و در چه شرایطی باشد، همیشه در دمای 100 درجه سانتیگراد می جوشد.

اما اینطور نیست و ساکنان روستاهای مرتفع کوهستانی به خوبی از این موضوع آگاه هستند.

در نزدیکی قله البروس خانه ای برای گردشگران و ایستگاه علمی وجود دارد. گاهی اوقات مبتدیان از اینکه "جوشاندن تخم مرغ در آب جوش چقدر دشوار است" یا "چرا آب جوش نمی سوزد" شگفت زده می شوند. در این شرایط، به آنها گفته می شود که آب در بالای البروس در دمای 82 درجه سانتیگراد می جوشد.

موضوع چیه؟ چه عامل فیزیکی با پدیده جوش تداخل می کند؟ اهمیت ارتفاع از سطح دریا چیست؟

این عامل فیزیکی فشار وارد بر سطح مایع است. برای تأیید صحت آنچه گفته شده نیازی نیست به بالای کوه صعود کنید.

با قرار دادن آب گرم شده زیر یک زنگ و پمپاژ یا پمپاژ هوا از آنجا، می توانید مطمئن شوید که با افزایش فشار، نقطه جوش افزایش می یابد و با کاهش آن کاهش می یابد.

آب در 100 درجه سانتیگراد فقط در یک فشار معین - 760 میلی متر جیوه می جوشد. هنر (یا 1 اتمسفر).

منحنی نقطه جوش در برابر فشار در شکل نشان داده شده است. 4.2. در بالای البروس فشار 0.5 اتمسفر است و این فشار مربوط به نقطه جوش 82 درجه سانتیگراد است.

برنج. 4.2

اما آب در 10-15 میلی متر جیوه می جوشد. هنر، شما می توانید در هوای گرم خنک شوید. در این فشار نقطه جوش به 10-15 درجه سانتیگراد کاهش می یابد.

حتی می توانید "آب جوش" را دریافت کنید که دمای آب انجماد دارد. برای این کار باید فشار را تا 4.6 میلی متر جیوه کاهش دهید. هنر

اگر یک ظرف باز با آب را زیر زنگ قرار دهید و هوا را بیرون بکشید، می توان تصویر جالبی را مشاهده کرد. پمپاژ باعث جوشیدن آب می شود، اما جوشیدن نیاز به حرارت دارد. جایی برای گرفتن آن وجود ندارد و آب باید انرژی خود را از دست بدهد. دمای آب جوش شروع به کاهش می کند، اما با ادامه پمپاژ، فشار نیز کاهش می یابد. بنابراین، جوشیدن متوقف نمی شود، آب به خنک شدن ادامه می دهد و در نهایت یخ می زند.

چنین جوش آب سردنه تنها هنگام پمپاژ هوا رخ می دهد. به عنوان مثال، هنگامی که پروانه کشتی می چرخد، فشار در یک حرکت سریع تقریباً. سطح فلزیلایه آب به شدت می ریزد و آب در این لایه می جوشد، یعنی حباب های متعدد پر از بخار در آن ظاهر می شود. این پدیده کاویتاسیون (از کلمه لاتین cavitas - حفره) نامیده می شود.

با کم کردن فشار، نقطه جوش را پایین می آوریم. و با افزایش آن؟ نموداری مانند نمودار ما به این سوال پاسخ می دهد. فشار 15 اتمسفر می تواند جوشیدن آب را به تاخیر بیاندازد، فقط در 200 درجه سانتیگراد شروع می شود و فشار 80 اتمسفر باعث می شود آب فقط در دمای 300 درجه سانتیگراد بجوشد.

بنابراین، یک فشار خارجی خاص مطابقت دارد دمای معینغلیان. اما این عبارت را می توان با گفتن این جمله "برگردان" کرد: هر نقطه جوش آب با فشار خاص خود مطابقت دارد. این فشار را فشار بخار می نامند.

منحنی که نقطه جوش را به عنوان تابعی از فشار نشان می دهد نیز منحنی فشار بخار به عنوان تابعی از دما است.

اعداد ترسیم شده بر روی نمودار نقطه جوش (یا نمودار فشار بخار) نشان می دهد که فشار بخار به شدت با دما تغییر می کند. در دمای 0 درجه سانتی گراد (یعنی 273 کلوین) فشار بخار 4.6 میلی متر جیوه است. هنر، در 100 درجه سانتی گراد (373 کلوین) برابر با 760 میلی متر جیوه است. هنر، یعنی 165 برابر افزایش می یابد. هنگامی که دما دو برابر می شود (از 0 درجه سانتی گراد، یعنی 273 کلوین، به 273 درجه سانتی گراد، یعنی 546 کلوین)، فشار بخار از 4.6 میلی متر جیوه افزایش می یابد. هنر تقریباً تا 60 اتمسفر، یعنی تقریباً 10000 بار.

بنابراین، برعکس، نقطه جوش با فشار به آرامی تغییر می کند. هنگامی که فشار دو بار از 0.5 اتمسفر به 1 اتمسفر تغییر می کند، نقطه جوش از 82 درجه سانتی گراد (355 کلوین) به 100 درجه سانتی گراد (373 کلوین) و زمانی که فشار از 1 به 2 اتمسفر دو برابر می شود - از 100 درجه سانتی گراد (373 کلوین) افزایش می یابد. ) تا 120 درجه سانتیگراد (393 کلوین).

همان منحنی که اکنون در نظر می گیریم، تراکم (تراکم) بخار به آب را نیز کنترل می کند.

بخار را می توان از طریق فشرده سازی یا خنک کردن به آب تبدیل کرد.

هم در زمان جوشاندن و هم در هنگام تراکم، نقطه از منحنی حرکت نمی کند تا زمانی که بخار به آب یا آب به بخار تبدیل شود. این را نیز می توان این گونه فرمول بندی کرد: در شرایط منحنی ما و فقط در این شرایط، همزیستی مایع و بخار امکان پذیر است. اگر حرارت را اضافه یا حذف نکنید، مقدار بخار و مایع در ظرف بسته بدون تغییر باقی می‌ماند. به چنین بخار و مایعی در حالت تعادل گفته می شود و بخاری که با مایع خود در تعادل است را اشباع می گویند.

منحنی جوش و تراکم همانطور که می بینیم معنای دیگری دارد: منحنی تعادل مایع و بخار است. منحنی تعادل میدان نمودار را به دو قسمت تقسیم می کند. در سمت چپ و بالا (به سمت دماهای بالاتر و فشارهای کمتر) ناحیه حالت پایدار بخار قرار دارد. سمت راست و پایین ناحیه حالت پایدار مایع است.

منحنی تعادل بخار-مایع، یعنی منحنی وابستگی نقطه جوش به فشار یا همان فشار بخار به دما، تقریباً برای همه مایعات یکسان است. در برخی موارد ممکن است تغییر تا حدودی ناگهانی تر و در برخی دیگر تا حدودی کندتر باشد، اما فشار بخار همیشه با افزایش دما به سرعت افزایش می یابد.

ما قبلاً بارها از کلمات "گاز" و "بخار" استفاده کرده ایم. این دو کلمه تقریباً برابر هستند. می توان گفت: گاز آب بخار آب است، گاز اکسیژن بخار مایع اکسیژن است. با این وجود، عادت خاصی هنگام استفاده از این دو کلمه ایجاد شده است. از آنجایی که ما به محدوده دمایی نسبتاً کوچکی عادت داریم، معمولاً کلمه "گاز" را برای موادی به کار می بریم که خاصیت ارتجاعی بخار آنها در دماهای معمولی بالاتر از فشار اتمسفر است. برعکس، زمانی در مورد بخار صحبت می کنیم که در دمای اتاق و فشار اتمسفر، این ماده به شکل مایع پایدارتر باشد.