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:

Веществоt кипения, °Cr, кДж/кг
Азот-196198
Гелий-268,9420,6
Водород-253454
Кислород-183213
Углерод435050000
Фосфор280400
Метан-162510
Пентан36360
Железо27356340
Медь25904790
Олово24302450
Свинец17508600
Цинк9071755
Ртуть357285
Золото2 7001 650
Этиловый спирт78840
Метиловый спирт651100
Хлороформ61279

Однако этот показатель может изменяться под действием определенных факторов:

  1. Температура. При ее повышении теплота испарения уменьшается и может быть равной нулю.
    t, °Cr, кДж/кг
    02500
    102477
    202453
    502380
    802308
    1002258
    2001940
    3001405
    374115
    374,150
  2. Давление. С понижением давления теплота парообразования растет, и наоборот. Температура кипения же прямо пропорциональна давлению и может достигать критического значения 374 °C.
    p, Паt кип., °Cr, кДж/кг
    0,0123102477
    0,1234502380
    11002258
    21202202
    51522014
    101801889
    201121638
    502641638
    1003111316
    200366585
    220373,7184,8
    Критическое 221,29374,15-
  3. 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.

Удельная теплота парообразования: Видео

Стать автором
Стать экспертом

Поделитесь материалом в соц сетях:

Ваш комментарий:

*

*

закрыть рекламу x
закрыть рекламу x
закрыть рекламу x
закрыть рекламу x
Закрыть

Задать вопрос