Главная » О воде » Что такое удельная теплота парообразования и как ее определить

Что такое удельная теплота парообразования и как ее определить

ПарообразованиеВсем известно, что вода в чайнике закипает при температуре 100 ˚С. Но обращали ли вы внимание, что температура воды в процессе кипения не меняется? Вопрос – куда девается образующаяся энергия, если мы постоянно держим емкость на огне? Она уходит на преобразование жидкости в пар. Таким образом, для перехода воды в газообразное состояние требуется постоянное поступление теплоты. То, сколько ее нужно для преобразования килограмма жидкости в пар такой же температуры, определяется физической величиной, которая называется удельная теплота парообразования воды.

Физический смысл величины

Для кипения требуется энергия. Большая ее часть используется для разрыва химических связей между атомами и молекулами, в результате чего образуются пузырьки пара, а меньшая идет на расширение пара, то есть на то, чтобы образовавшиеся пузырьки могли лопнуть и выпустить его. Так как жидкость всю энергию вкладывает в переход в газообразное состояние, ее «силы» иссякают. Для постоянного возобновления энергии и продления кипения нужно подводить к емкости с жидкостью все новое и новое тепло. Обеспечить его приток может кипятильник, газовая горелка либо любой другой нагревательный прибор. Во время кипения температура жидкости не растет, идет процесс образования пара такой же температуры.

Разным жидкостям требуется разное количество теплоты для перехода в пар. Какое именно – показывает удельная теплота парообразования.

Понять, как определяется эта величина, можно из примера. Берем 1 л воды и доводим ее до кипения. Затем замеряем количество тепла, понадобившегося для выпаривания всей жидкости, и получаем значение удельной теплоты парообразования для воды. Для других химических соединений этот показатель будет другим.

Кипение чайника

В физике удельная теплота парообразования обозначается латинской буквой L. Измеряется она в джоулях на килограмм (Дж/кг). Вывести ее можно путем деления теплоты, израсходованной на испарение, на массу жидкости:

L =Q/m.

Данная величина очень важна для производственных процессов на основе современных технологий.  Например, на нее ориентируются при производстве металлов. Оказалось, что если железо расплавить, а потом сконденсировать, при дальнейшем затвердении образуется более прочная кристаллическая решетка.

Чему равна

Значение удельной теплоты для различных веществ (r) определили в ходе лабораторных исследований. Вода при нормальном атмосферном давлении закипает при 100 °C, а теплота испарения воды составляет 2258,2 кДж/кг. Данный показатель для некоторых других веществ приведен в таблице:

 Вещество

t  кипения, °C 

 r, кДж/кг 

 Азот

-196

198

 Гелий

-268,94

20,6

 Водород

-253

454

 Кислород

-183

213

 Углерод

4350

50000

 Фосфор

280

400

 Метан

-162

510

 Пентан

36

360

 Железо

2735

6340

 Медь

2590

4790

 Олово

2430

2450

 Свинец

1750

8600

 Цинк

907

1755

 Ртуть

357

285

 Золото

2 700

1 650

 Этиловый спирт

78

840

 Метиловый спирт

65

1100

 Сера

445

290

 Хлороформ

61

279

Однако этот показатель может изменяться под действием определенных факторов:
  1. Температура. При ее повышении теплота испарения уменьшается и может быть равной нулю.

 t, °C

 r, кДж/кг

 0

2500

 10

2477

 20

2453

 50

2380

 80

2308

 100

2258

 200  

1940

 300

1405

 374

115

 374,15

0

  1. Давление. С понижением давления теплота парообразования растет, и наоборот. Температура кипения же прямо пропорциональна давлению и может достигать критического значения 374 °C.

 p, Па

t кип., °C

 r, кДж/кг

 0,0123

10

2477

 0,1234

50

2380

 1

100

2258

 2

120

2202

 5

152

2108

 10

180

2014

 20

212

1889

 50

264

1638

 100

311

1316

 200

366

585

 220

373,7

184,8

 Критическое 221,29

374,15

  1. Масса вещества. Количество задействованной в процессе теплоты прямо пропорционально массе образовавшегося пара.

Соотношение испарения и конденсации

Физики выяснили, что на обратный испарению процесс – конденсацию – пар тратит ровно столько же энергии, сколько пошло на его образование. Это наблюдение подтверждает закон сохранения энергии.

В противном случае было бы возможно создание установки, в которой жидкость испарялась бы, а потом конденсировалась. Разница между теплотой, необходимой для испарения, и теплотой, достаточной для конденсации, приводила бы к накоплению энергии, которая могла бы быть использована для других целей. По сути, был бы создан вечный двигатель. Но это противоречит физическим законам, а значит, невозможно.

Конденсация

Как измеряется

  1. Удельная теплота испарения воды измеряется в физических лабораториях экспериментальным путем. Для этого используют калориметры. Процедура выглядит следующим образом:
  2. Определенное количество жидкости заливают в калориметр.
  3. Измеряют температуру воды.
  4. В калориметр осторожно пропускают пар исследуемого вещества из кипятильника (колба, подогреваемая снизу горелкой). Чтобы в прибор не попали капельки жидкости, используют сухопарник, в котором они собираются.
  5. Повторно измеряют температуру воды.
  6. Для вычисления массы сконденсированного пара калориметр периодически взвешивают.
Стать автором
Стать экспертом

Поделитесь материалом в соц сетях:

Ваш комментарий:

*

*

закрыть рекламу x
закрыть рекламу x
Закрыть

Задать вопрос