Specifična toplota isparavanja vode u kcal. Šta je čir? Specifična toplota isparavanja

Iz §§ 2.5 i 7.2 proizilazi da se tokom isparavanja unutrašnja energija supstance povećava, a tokom kondenzacije smanjuje. Pošto tokom ovih procesa temperature tečnosti i njene pare mogu biti jednake, dolazi do promene unutrašnja energija supstanca se javlja samo kroz promenu potencijalna energija molekule. Dakle, na istoj temperaturi, jedinica mase tečnosti ima manju unutrašnju energiju od jedinice mase njene pare.

Iskustvo pokazuje da se gustoća tvari u procesu isparavanja uvelike smanjuje, a volumen koji zauzima supstanca se povećava. Zbog toga se tokom isparavanja mora raditi protiv sila vanjskog pritiska. Stoga se energija koja se mora prenijeti tekućini da bi se ona na konstantnoj temperaturi pretvorila u paru dijelom koristi za povećanje unutrašnje energije tvari, a dijelom za obavljanje rada protiv spoljne sile u toku svoje ekspanzije.

U praksi, toplota se dovodi do tečnosti da bi se pretvorila u paru tokom razmene toplote. Količina topline potrebna za pretvaranje tekućine u paru pri konstantnoj temperaturi naziva se toplina isparavanja. Kada se para pretvori u tečnost, iz nje se mora odvojiti određena količina toplote, što se naziva toplota kondenzacije. Ako su vanjski uvjeti isti, tada je s jednakim masama iste tvari toplina isparavanja jednaka toplini kondenzacije.

Uz pomoć kalorimetra utvrđeno je da je toplota isparavanja direktno proporcionalna masi tečnosti pretvorene u paru

Ovdje je koeficijent proporcionalnosti, čija vrijednost ovisi o vrsti tekućine i spoljni uslovi.

Vrijednost koja karakterizira ovisnost topline isparavanja o vrsti tvari i vanjskim uvjetima naziva se specifična toplina isparavanja. Specifična toplota isparavanje se mjeri količinom topline koja je potrebna za pretvaranje jedinice mase tekućine u paru na konstantnoj temperaturi:

U SI se kao jedinica uzima specifična toplina isparavanja takve tekućine, za pretvaranje u paru od 1 kg od kojih je pri konstantnoj temperaturi potrebno 1 J topline. (Prikažite ovo formulom (7.1a).)

Kao primjer, napominjemo da je specifična toplina isparavanja vode na temperaturi od (100°C) jednaka

Pošto može doći do isparavanja sa razne temperature, postavlja se pitanje: hoće li se u ovom slučaju promijeniti specifična toplina isparavanja tvari? Iskustvo pokazuje da kako temperatura raste, specifična toplota isparavanja opada. To je zato što se sve tečnosti šire kada se zagreju. U tom slučaju se rastojanje između molekula povećava, a sile molekularne interakcije smanjuju. Osim toga, što je temperatura viša, to je veća prosječna energija molekula tekućine i manje energije im je potrebno dodati da bi mogli izletjeti s površine tekućine.

Vrenje je intenzivno isparavanje koje nastaje kada se tečnost zagreva ne samo sa površine, već i unutar nje.

Do ključanja dolazi uz apsorpciju topline.
Najveći dio dovedene topline troši se na razbijanje veza između čestica tvari, ostatak je na rad koji se obavlja tijekom širenja pare.
Kao rezultat, energija interakcije između čestica pare postaje veća nego između čestica tekućine, pa je unutrašnja energija pare veća od unutrašnje energije tekućine na istoj temperaturi.
Količina topline potrebna za prevođenje tekućine u paru tokom procesa ključanja može se izračunati pomoću formule:

gdje je m masa tečnosti (kg),
L je specifična toplota isparavanja.

Specifična toplota isparavanja pokazuje koliko je toplote potrebno da se 1 kg date supstance pretvori u paru na tački ključanja. Jedinica specifične toplote isparavanja u SI sistemu:
[ L ] = 1 J/kg
Kako pritisak raste, temperatura ključanja tekućine raste, a specifična toplina isparavanja opada, i obrnuto.

Tokom ključanja temperatura tečnosti se ne menja.
Tačka ključanja zavisi od pritiska koji se vrši na tečnost.
Svaka supstanca na istom pritisku ima svoju tačku ključanja.
Sa povećanjem atmosferski pritisak ključanje počinje u visoke temperature, obrnuto kada se pritisak smanji.
Na primjer, voda ključa na 100°C samo pri normalnom atmosferskom pritisku.

ŠTA SE DEŠAVA UNUTAR TEČNOSTI PRILIKOM KURANJA?

Vrenje je prelazak tečnosti u paru kontinuirano obrazovanje i rast mehurića pare u tečnosti, unutar kojih tečnost isparava. Na početku grijanja voda je zasićena zrakom i ima sobnoj temperaturi. Kada se voda zagrije, plin otopljen u njoj oslobađa se na dnu i zidovima posude, stvarajući mjehuriće zraka. Počinju se pojavljivati ​​mnogo prije ključanja. Voda isparava u ove mjehuriće. Mjehur ispunjen parom počinje da se naduvava na dovoljno visokoj temperaturi.

Postigavši ​​određenu veličinu, odvaja se od dna, diže se na površinu vode i puca. U tom slučaju para napušta tečnost. Ako voda nije dovoljno zagrijana, tada mjehur pare, koji se diže u hladne slojeve, kolabira. Rezultirajuće fluktuacije vode dovode do pojave ogromnog broja malih mjehurića zraka u cijeloj zapremini vode: takozvani "bijeli ključ".

Podizna sila djeluje na mjehur zraka na dnu posude:
Fpod \u003d Farchimede - Fgravitacija
Mjehurić je pritisnut na dno, jer sile pritiska ne djeluju na donju površinu. Kada se zagrije, mjehur se širi zbog oslobađanja plina u njega i odvaja se od dna kada je sila podizanja nešto veća od sile pritiska. Veličina mjehurića koji se može odvojiti od dna ovisi o njegovom obliku. Oblik mjehurića na dnu određen je vlažnošću dna posude.

Nehomogenost vlaženja i spajanje mjehurića na dnu dovelo je do povećanja njihove veličine. Kada je mjehur velik, dok se diže iza njega, stvaraju se praznine, pucanja i vrtlozi.

Kada mehur pukne, sva tečnost koja ga okružuje juri ka unutra i nastaje prstenasti talas. Zatvarajući, ona izbacuje stub vode.

Kada pucaju mjehurići u tečnom kolapsu, oni se šire udarni talasi ultrazvučne frekvencije praćene zvučnim šumom. Za početne faze ključanje karakteriziraju najglasniji i najviši zvuci (na pozornici" bijeli ključ"čajnik" peva").

(izvor: virlib.eunnet.net)

GRAF TEMPERATURE PROMJENA AGREGATNIH STANJA VODE

POGLEDAJTE POLICU KNJIGA!

ZANIMLJIVO

Zašto postoji rupa na poklopcu čajnika?
Za ispuštanje pare. Bez otvora na poklopcu, para može prskati vodu preko grla čajnika.
___

Trajanje kuhanja krumpira, počevši od trenutka ključanja, ne ovisi o snazi ​​grijača. Trajanje je određeno vremenom zadržavanja proizvoda na tački ključanja.
Snaga grijača ne utječe na tačku ključanja, već samo na brzinu isparavanja vode.

Kuvanje može dovesti do smrzavanja vode. Da biste to učinili, potrebno je ispumpati zrak i vodenu paru iz posude u kojoj se nalazi voda, tako da voda cijelo vrijeme ključa.

"Lonci lako proključaju preko ivice - do lošeg vremena!"
Pad atmosferskog pritiska koji prati pogoršanje vremena razlog je što mlijeko brže "bježi".
___

Vrlo vruća kipuća voda može se dobiti na dnu dubokih rudnika, gdje je pritisak zraka mnogo veći nego na površini Zemlje. Dakle, na dubini od 300 m voda će ključati na 101 ͦ C. Uz pritisak vazduha od 14 atmosfera, voda ključa na 200 ͦ C.
ispod zvona vazdušna pumpa možete dobiti "ključalu vodu" na 20 ͦ C.
Na Marsu bismo pili "ključalu vodu" na 45 C.
Slana voda ključa iznad 100 ͦ C. ___

U planinskim predelima na znatnoj visini, pod sniženim atmosferskim pritiskom, voda ključa na temperaturama nižim od 100 ͦ Celzijusa.

Čekanje da se takvo jelo skuha traje duže.

Sipajte hladno...i proključaće!

Normalno, voda ključa na 100 stepeni Celzijusa. Zagrijte vodu u tikvici na gorioniku do ključanja. Hajde da ugasimo gorionik. Voda prestaje da ključa. Tikvicu zatvaramo čepom i počinjemo pažljivo ulijevati hladnu vodu na čep. Šta je? Voda ponovo ključa!

ispod mlaza hladnom vodom malo vode u tikvici, a sa njom i vodena para počinje da se hladi.
Volumen pare se smanjuje, a pritisak iznad površine vode se mijenja...
Šta mislite, u kom pravcu?
... Tačka ključanja vode pri sniženom pritisku je manja od 100 stepeni, a voda u tikvici ponovo ključa!
____

Prilikom kuvanja pritisak unutar lonca - "preslona" - je oko 200 kPa, a supa u takvom loncu kuhaće se mnogo brže.

Možete uvući vodu u špric do otprilike pola, zatvoriti ga istim čepom i oštro povući klip. U vodi će se pojaviti puno mjehurića, što ukazuje da je započeo proces ključanja vode (i to na sobnoj temperaturi!).
___

Kada supstanca pređe u gasovito stanje, njena gustina se smanjuje za oko 1000 puta.
___

Prvi električni kotlovi imali su grijače ispod dna. Voda nije dolazila u kontakt sa grijačem i ključala je jako dugo. Godine 1923. Arthur Large je otkrio: stavio je grijač u specijalnu ploču bakarna cijev i stavio ga u čajnik. Voda je brzo proključala.

Samohlađene limenke za bezalkoholna pića razvijene su u SAD. U teglu je postavljen pretinac sa tečnošću niskog ključanja. Ako kapsulu zgnječite po toplom danu, tečnost će početi ubrzano da ključa, oduzimajući toplotu sadržaju tegle, a za 90 sekundi temperatura napitka pada za 20-25 stepeni Celzijusa.

ZAŠTO?

Mislite li da je moguće tvrdo skuvati jaje ako voda ključa na temperaturi nižoj od 100 stepeni Celzijusa?
____

Hoće li voda ključati u loncu koji pluta u drugom loncu s kipućom vodom?
Zašto? ___

Možete li natjerati vodu da proključa bez zagrijavanja?

Da bi voda (ili druga tekućina) ključala, potrebno joj je kontinuirano dopremati toplinu, na primjer, zagrijati je plamenikom. U tom slučaju temperatura vode i posude ne raste, ali se stvara određena količina pare za svaku jedinicu vremena. Iz ovoga sledi zaključak da je za pretvaranje vode u paru potreban priliv toplote, baš kao što se to dešava prilikom pretvaranja kristala (leda) u tečnost (§ 269). Količina topline potrebna za pretvaranje jedinice mase tečnosti u paru iste temperature naziva se specifična toplota isparavanja date tečnosti. Izražava se u džulima po kilogramu.

Lako je uočiti da se ista količina toplote mora osloboditi kada se para kondenzuje u tečnost. Zaista, spustimo cijev spojenu na kotao u čašu vode (Sl. 488). Neko vrijeme nakon početka zagrijavanja, mjehurići zraka će početi izlaziti iz kraja cijevi umočenog u vodu. Ovaj vazduh blago podiže temperaturu vode. Tada voda u kotlu proključa, nakon čega ćemo vidjeti da se mjehurići koji izlaze sa kraja cijevi više ne dižu prema gore, već se brzo smanjuju i nestaju uz oštar zvuk. To su mjehurići pare koji se kondenziraju u vodu. Čim para izađe iz kotla umjesto zraka, voda će se početi brzo zagrijavati. As specifična toplota para je približno ista kao i zrak, onda iz ovog zapažanja proizlazi da se tako brzo zagrijavanje vode događa upravo zbog kondenzacije pare.

Rice. 488. Zbogom od kotla vazduh dolazi, termometar pokazuje skoro istu temperaturu. Kada umesto toga vazduh će otići para će se početi kondenzirati u čaši, termometar će se brzo podići, što ukazuje na povećanje temperature

Kada se jedinica mase pare kondenzuje u tečnost iste temperature, oslobađa se količina toplote jednaka specifičnoj toploti isparavanja. To bi se moglo predvidjeti na osnovu zakona održanja energije. Zaista, da nije tako, tada bi bilo moguće izgraditi mašinu u kojoj bi tečnost prvo isparila, a zatim se kondenzovala: razlika između toplote isparavanja i toplote kondenzacije predstavljala bi povećanje ukupne energije svih tela. učestvovanje u procesu koji se razmatra. A to je u suprotnosti sa zakonom održanja energije.

Specifična toplota isparavanja može se odrediti pomoću kalorimetra, slično kao što se radi pri određivanju specifične toplote fuzije (§ 269). Sipajte određenu količinu vode u kalorimetar i izmjerite njegovu temperaturu. Zatim ćemo, neko vrijeme, u vodu uvoditi paru ispitne tekućine iz kotla, poduzimajući mjere da struji samo para, bez kapljica tekućine. Da bi se to učinilo, para se propušta kroz parni aparat (Sl. 489). Nakon toga ponovo mjerimo temperaturu vode u kalorimetru. Vaganjem kalorimetra, po povećanju njegove mase možemo suditi o količini pare kondenzovane u tečnost.

Rice. 489. Sukhoparnik - uređaj za zadržavanje kapljica vode koje se kreću zajedno sa parom

Koristeći zakon održanja energije, možemo sastaviti jednačinu za ovaj proces toplotni bilans, što omogućava određivanje specifične topline isparavanja vode. Neka masa vode u kalorimetru (uključujući vodeni ekvivalent kalorimetra) bude jednaka masi pare - , toplotnom kapacitetu vode - , početnoj i konačnoj temperaturi vode u kalorimetru - i tački ključanja voda - i specifična toplota isparavanja - . Jednačina toplotnog bilansa ima oblik

.

Rezultati određivanja specifične toplote isparavanja nekih tečnosti pri normalnom pritisku dati su u tabeli. 20. Kao što vidite, ova vrućina je prilično velika. Visoka toplota isparavanja vode igra izuzetno važnu ulogu u prirodi, budući da se procesi isparavanja odvijaju u prirodi u velikim razmjerima.

Tabela 20. Specifična toplota isparavanja nekih tečnosti

Imajte na umu da se vrijednosti specifične topline isparavanja sadržane u tabeli odnose na tačku ključanja pri normalan pritisak. Ako tečnost ključa ili jednostavno isparava na drugoj temperaturi, tada je njena specifična toplota isparavanja drugačija. Kako temperatura tečnosti raste, toplota isparavanja se uvek smanjuje. Kasnije ćemo pogledati objašnjenje za ovo.

295.1. Izračunajte količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje 20 g vode do točke ključanja i pretvaranje 20 g vode u paru na .

295.2. Koja će se temperatura postići ako se 3 g pare unese u čašu koja sadrži 200 g vode na ? Zanemarite toplotni kapacitet stakla.

Nazad naprijed

Pažnja! Pregled slajda je samo u informativne svrhe i možda neće predstavljati puni obim prezentacije. Ako si zainteresovan ovo djelo preuzmite punu verziju.

Tip časa: kombinovani.

Vrsta lekcije: učenje novog gradiva.

Cilj: formirati pojam ključanja, kao isparavanja, identifikovati i objasniti karakteristike ključanja;

Zadaci:

edukativni:

• formiranje pojmova „ključanja” i „specifične toplote isparavanja i kondenzacije”;
• identifikacija glavnih karakteristika ključanja: stvaranje mjehurića, buka koja prethodi ključanju, konstantnost temperature ključanja i ovisnost temperature ključanja od vanjskog pritiska.
• formiranje sposobnosti primjene postojećih znanja za objašnjenje pojava isparavanja i ključanja.

u razvoju:

• formiranje intelektualnih vještina: analizirati, upoređivati, istaknuti glavnu stvar i donijeti zaključke;
• razvoj logičko razmišljanje i obrazovni interes.

edukativni:

• razvijanje interesovanja za predmet i pozitivan stav prema učenju;
• formiranje naučnog pogleda.
• vaspitanje partnerstva, uzajamne pomoći.

Demo snimke:

1. posmatranje faza ključanja;
2. uočavanje zavisnosti tačke ključanja od spoljašnjeg pritiska;
3. posmatranje ključanja pod sniženim pritiskom;
4. Video o ključanju dušika

Oprema: špiritna lampa, boca sa vodom, termometar za merenje temperature tečnosti, tronožac, čep za bocu u koju je umetnuta staklena cev, gumena cev, špric, pumpa Komovsky, kompjuter i multimedijalni projektor, prezentacija.

Tokom nastave

1. Organizacioni momenat.

2. Motivacija.

Učitelj: Ljudi, ne sumnjam da svako jutro počinjete sa šoljicom toplog, dobro skuvanog čaja. Čaj je zdravo piće - kako kaže stara mudrost. I vi, naravno, znate da prije nego što skuvate čaj, morate prokuhati vodu. Obratite pažnju na epigraf (slajd 2):

“Postoje fenomeni na koje se nikad ne umoriš. Kipuća voda - uživanje u spektaklu vode i vatre, misteriji njihove interakcije. Ova slika koja se mijenja je očaravajuća. Proključa, čajnik počinje da govori. Tallinn Adamovskaya

Danas ćemo ovaj proces sagledati sa fizičke tačke gledišta i pokušati pronaći odgovore na mnoge misterije koje prate ovaj fenomen. Tema lekcije je „Vrenje. Specifična toplota isparavanja i kondenzacije”

Učenici zapisuju temu časa u svoje sveske.

Učitelj: Hajde da uradimo eksperiment da proučimo ključanje. Stavili smo tikvicu sa voda iz česme. Termometrom mjerimo početnu temperaturu vode.

3. Aktuelizacija znanja.

Učitelju: Dok se voda zagrijava, zapamtite ono što se zove isparavanje.

Student: Vaporizacija je fenomen transformacije tečnosti u paru.

Učitelju: Koja su dva načina isparavanja?

Student: Isparavanje i ključanje.

Učitelju: Koja se pojava zove isparavanje?

Student: Isparavanje koje se dešava sa površine tečnosti naziva se isparavanjem.

Učitelju: Objasniti mehanizam isparavanja sa molekularne tačke gledišta.

Student: Sva tijela su sastavljena od molekula koji se kreću kontinuirano i nasumično, i različitim brzinama. Ako se "brzi" molekul nalazi na površini tekućine, tada može savladati privlačenje susjednih molekula i izletjeti iz tekućine. Svi molekuli koji izlaze formiraju paru.

Učitelju: Da li tvari imaju fiksnu temperaturu na kojoj počinje proces isparavanja?

Student: Supstance nemaju takvu temperaturu. Isparavanje se događa na bilo kojoj temperaturi, budući da se molekule kreću na bilo kojoj temperaturi.

Učitelju: Šta određuje brzinu isparavanja tečnosti?

Student: Od vrste supstance, temperature, površine i kretanja vazduha preko površine tečnosti.

Učitelju: Zašto se isparavanje događa brže na višim temperaturama tekućine?

Student: Što je temperatura viša, to je veća brzina molekula.

Učitelju: Kako brzina isparavanja ovisi o površini tekućine?

Student: Što je veća površina, to više velika količina molekuli mogu pobjeći iz tečnosti.

Učitelju: Zašto je isparavanje brže kada se zrak kreće?

Student: Ispareni molekuli se ne mogu vratiti nazad u tečnost.

Učitelju: Šta je kondenzacija pare?

Student: Kondenzacija je fenomen transformacije pare u tečnost.

Učitelju: Pod kojim uslovima se para kondenzuje?

Student: Kada para postane zasićena, to jest, nalazi se u dinamičkoj ravnoteži sa svojom tekućinom.

4. Učenje novog gradiva.

Učitelju: Vratimo se našem eksperimentu i izmjerite temperaturu vode. šta sad gledaš?

Student: Na dnu i zidovima posude pojavili su se mjehurići zraka. (Slajd 3)

Učitelju: Zašto se na dnu i zidovima posude pojavljuju mjehurići zraka?

Student: U vodi uvek ima rastvorenog vazduha. Kada se zagreju, mjehurići zraka se šire i postaju vidljivi.

Učitelju: Zašto mjehurići zraka počinju da se povećavaju u volumenu?

Student: Zato što voda počinje da isparava unutar ovih mehurića.

Učitelju: Koje sile djeluju na mjehuriće?

Student: Gravitacija i Arhimedova sila.

Učitelju: Koji smjer imaju?

Student: Gravitacija je usmjerena naniže, dok je Arhimedova sila usmjerena prema gore. (Slajd 4)

Učitelju: Kada se mjehurići mogu odvojiti od dna i zidova posude i krenuti prema gore?

Student: Mjehurići se lome kada Arhimedova sila postane više snage gravitacija.

Učitelju: Izmjerimo temperaturu vode. Sada čujete karakterističan zvuk. Hajde da objasnimo ovaj fenomen. Sa dovoljno velikim volumenom mjehura, on je pod djelovanjem

Arhimedova sila počinje da se diže. Pošto se tečnost zagreva konvekcijom, temperatura donjih slojeva je veća od temperature gornjih slojeva vode. Kada mjehur uđe u gornji, manje zagrijani sloj vode, vodena para unutar njega će se kondenzirati, a volumen mjehurića će se smanjiti. Mehur će se srušiti (Slajd 5). Prije ključanja čujemo buku povezanu s ovim procesom. Na određenoj temperaturi, odnosno kada se cijela tekućina zagrije kao rezultat konvekcije, kako se približava površini, volumen mjehurića se naglo povećava, jer pritisak unutar mjehurića postaje jednak spoljni pritisak(atmosfera i kolona tečnosti). Na površini mjehurići pucaju, a iznad tečnosti se stvara puno pare. Voda ključa.

Sada ćemo izmjeriti temperaturu kipuće vode. Voda ključa na 100 o C.

Učitelj: Dakle, uslov ključanja: pritisak unutar mjehurića jednak je vanjskom pritisku i znacima ključanja:

Puno mjehurića pukne na površini;

Puno pare.

Šta je ključanje?

Student: Vrenje je isparavanje koje se javlja u zapremini cele tečnosti na određenoj temperaturi.

Učitelju: Zapišimo definiciju ključanja (Slajd 6).

Vrenje je intenzivno isparavanje koje se događa u cijeloj zapremini tečnosti na određenoj temperaturi.

Učitelju: Koja je tačka ključanja?

Student: Temperatura na kojoj tečnost ključa naziva se tačka ključanja.

Učitelju: Mislite li da će se temperatura promijeniti tokom procesa ključanja?

Student: Mislim da se neće promijeniti (Slajd 7).

Učitelju: Ponovo izmjerimo temperaturu kipuće vode. Temperatura se ne mijenja. Ali šporet nastavlja da radi i odaje energiju. Na šta se troši ta energija ako nema daljeg povećanja temperature?

Student: Troši se stvaranjem mjehurića pare.

Učitelju: Pogledajte tabelu na strani 45. Pronađite tačku ključanja vode.

Student: Tačka ključanja vode je 100 o C.

Učitelju: Koja tečnost ima istu tačku ključanja?

Student: Mlijeko.

Učitelju: Koja je tačka ključanja etra i alkohola?

Student: Etar ključa na 35 o C, alkohol na 78 o C.

Učitelju: Neke supstance koje su gasovi u normalnim uslovima, kada se dovoljno ohlade, prelaze u tečnosti, ključajući na veoma niskoj temperaturi. Koje su od ovih supstanci u tabeli?

Student: To su vodonik i kiseonik. Tečni vodonik ključa na -253 o C, a kiseonik na -183 o C.

Učitelju: Sada ćemo pogledati video “Azot Boiling” (Slajd 8).

Učitelju: U tabeli se nalazi nekoliko supstanci koje su čvrste u normalnim uslovima. Ako su rastopljeni, onda tečno stanje ključaće na veoma visokoj temperaturi. Navedite primjere.

Student: Na primjer, tekući bakar ključa na 2567 o C, a željezo na 2750 o C.

Učitelju: Da li ste obratili pažnju na informacije date u zagradama u naslovu ove tabele?

Student: Tačka ključanja određenih supstanci pri normalnom atmosferskom pritisku.

Učitelju: Šta mislite zašto je određen ovaj uslov?

Student O: Zato što tačka ključanja zavisi od spoljašnjeg pritiska.

Učitelju: Istražujemo zavisnost tačke ključanja od spoljašnjeg pritiska.

Demonstracija: iz špiritne lampe izvadimo tikvicu sa kipućom tečnošću i zatvorimo je čepom sa umetnutom kruškom. Kada pritisnete krušku, ključanje u tikvi prestaje. Zašto?

Student: Pritiskom na krušku povećali smo pritisak u tikvici, te je narušeno stanje ključanja.

Učitelju: Dakle, pokazali smo da se sa povećanjem pritiska povećava tačka ključanja. Mnoge domaćice koriste lonac za kuhanje - ekspres lonac, koji ima mnoge prednosti u odnosu na konvencionalne lonce. Proces kuvanja u ekspres loncu odvija se na temperaturi od 120 o C i pritisku od 200 kPa, pa se vrijeme kuvanja značajno smanjuje (Slajd 9).

Učitelju: Prisjetimo se kako se atmosferski tlak mijenja sa povećanjem nadmorske visine?

Student: Atmosferski pritisak se smanjuje.

Učitelju Kako će se promijeniti tačka ključanja vode dok idete uzbrdo?

Student: Smanjiće se (Slajd 10).

Učitelju: Prilično tačno. Na primjer, na najvišoj planini Chomolungma na Himalajima, čija je visina 8848 m, voda će ključati na temperaturi od oko 70 o C. U takvoj kipućoj vodi jednostavno je nemoguće kuhati, na primjer, meso.

Mislite li da je moguće da voda proključa na sobnoj temperaturi?

Demo: staklo sa hladnom vodom postavljen ispod staklenog zvona. Pomoću Komovsky pumpe ispumpavamo zrak. Kako pritisak u čaši opada, posmatramo faze ključanja tečnosti, dok temperatura ostaje niska.

Učitelju P: Kakav zaključak se može izvući iz eksperimenata?

Student: Tačka ključanja tečnosti zavisi od pritiska.

Učitelju: Upoznali smo se sa procesom vrenja. Mislite li da je ista količina topline potrebna za kuhanje različitih tekućina jednake mase, uzete na tački ključanja?

Student O: Mislim da će trebati drugačiju količinu topline.

Učitelju: Tačno (Slajd 11). Na dijagramu vidimo da različite tekućine zahtijevaju različite količine topline da bi se pretvorile u paru. Ovu količinu topline karakterizira fizička veličina koja se naziva specifična toplina isparavanja. Ova količina je označena slovom L, njena SI jedinica je J/kg. Specifična toplota isparavanja je fizička veličina koja pokazuje koliko je toplote potrebno da se tečnost mase 1 kg pretvori u paru na tački ključanja. Pogledajmo tabelu na strani 49. Na primjer, specifična toplina isparavanja vode je 2,3 * 10 6 J/kg. To znači da se 2,3 * 10 6 J energije mora potrošiti da se 1 kg vode pretvori u paru na tački ključanja. Kolika je specifična toplota isparavanja alkohola?

Student: Specifična toplota isparavanja alkohola 0,9 * 10 6 J/kg.

Učitelju: Šta znači ovaj broj?

Student: To znači da je za pretvaranje 1 kg alkohola u paru na tački ključanja potrebno potrošiti 0,9 * 10 6 J energije.

Učitelju: Dakle, na tački ključanja, unutrašnja energija supstance u stanju pare je veća od unutrašnje energije iste mase supstance u tečnom stanju. Zato je opekotina parom na temperaturi od 100 o C opasnija od opekotina prokuhanom vodom (Slajd 12).

Sada odgovorite na pitanje: ako skinete poklopac s kotlića za kuhanje, šta možete vidjeti na njemu?

Student: Tamo ćemo vidjeti kapljice vode.

Učitelju: Kako objašnjavate njihov izgled?

Student: Para, u kontaktu sa poklopcem, kondenzuje (Slide 13).

Učitelju: Kada se para kondenzuje, oslobađa se energija. Eksperimenti pokazuju da para, kada se kondenzuje, oslobađa tačno istu količinu toplote koliko je potrošena na njeno formiranje. Energija koja se oslobađa prilikom kondenzacije pare može se iskoristiti. U termoelektranama para koja se koristi u turbinama zagrijava vodu, a zatim se koristi za grijanje zgrada i preduzeća. potrošačke usluge: kupatila, praonice, itd.

Da biste izračunali količinu topline koja je potrebna za pretvaranje tekućine bilo koje mase u paru na tački ključanja, trebate pomnožiti specifičnu toplinu isparavanja s masom. Zapišimo formulu: Q = Lm. Količina topline koju para bilo koje mase oslobađa, kondenzirajući na tački ključanja, određena je istom formulom.

5. Fiksiranje.

Učitelju: Dakle, sada znate dva načina isparavanja: isparavanje i ključanje. Ko može reći po čemu se ti procesi razlikuju?

Student: Isparavanje se dešava sa površine tečnosti, a ključanje po celoj zapremini tečnosti.

Student: Isparavanje se događa na bilo kojoj temperaturi, a ključanje se događa na određenoj temperaturi. Svaka tečnost ima svoju tačku ključanja.

Student: Tokom isparavanja, temperatura tečnosti se smanjuje, ali se ne menja tokom ključanja.

Učitelju: Šta mislite gdje je kipuća voda toplija: na nivou mora, na vrhu planine ili u dubokom rudniku?

Student O: Mislim da će voda biti toplija u dubokom rudniku, pošto će atmosferski pritisak biti veći na dubini, pa će voda ključati na višoj temperaturi.

Učitelju: Koja formula se može koristiti za izračunavanje količine toplote koja se troši na isparavanje ili oslobađa tokom kondenzacije pare?

Učitelju: Pokušajmo usmeno izračunati količinu topline za sledećim slučajevima(Slajd 15):

Student: Za etar Q = 2 * 10 6 J, za alkohol - 9 * 10 6 J, za vodu - 4,6 * 10 6 J.

Učitelju: Grafikon prikazuje procese zagrevanja i ključanja dve tečnosti iste mase (slajd 16). Koristite tabelu na stranici 45 da odredite koje su supstance ucrtane.

Student: Gornji - za vodu, donji - za alkohol, pošto je tačka ključanja vode 100 o C, a alkohola - 78 o C.

Učitelju: Koja je bila početna temperatura tečnosti?

Student: Početna temperatura obje tečnosti je 20°C.

Učitelju: Imenujte dijelove grafikona koji odgovaraju zagrijavanju tekućina.

Student: AB za alkohol i AD za vodu.

Učitelju: Navedite dijelove grafikona koji odgovaraju ključanju tečnosti.

Student: BC za alkohol i DE za vodu.

6. Sumiranje lekcije.

Učitelju: Otvorite svoje dnevnike i zapišite domaći zadatak: 18., 20. paragraf. Vježba 10 (4) (Slajd 17).

Za one koji žele slijedeći eksperimentalni zadatak.

Uzmite veliki lonac vode. U nju stavite mali lonac s vodom tako da pluta a da ne dodiruje dno velikog lonca. Stavite ih na šporet i počnite da zagrevate. Šta će se dogoditi sa vodom u malom loncu kada proključa u velikom loncu? Zašto? Sipajte kašiku soli u veliku šerpu. Šta će se nakon toga dogoditi s vodom u malom loncu? Objasnite uočeni fenomen. Šta možete reći o tački ključanja slane vode?

7. Refleksija.

Učitelju: Naša lekcija se bliži kraju. Voleo bih da znam kako odlaziš. Na radnim stolovima imate tri naljepnice u boji koje odražavaju sljedeća raspoloženja: zelena - jako mi se dopao čas, plava - zanimalo me, crvena - bilo mi je dosadno. Prilikom odlaska na tablu pričvrstite naljepnicu koja odražava vaše raspoloženje (Slajd 18).

Lekcija je gotova. Hvala vam na pažnji!

Izvori

1. A.V. Peryshkin. fizika. 8. razred. - M.; Drolja
2. JEDI. Gutnik, E, V. Rybakova, E.V. Sharonin. Metodički materijali za nastavnika. fizika. 8. razred. - M.; Drolja
3. L.A. Gorev. Zabavna iskustva u fizici. – M.; Obrazovanje
4. Jedinstvena kolekcija digitalnih obrazovnih resursa:
5. Video za kuhanje dušika
6. Crteži sa flash prezentacije

U ovoj lekciji ćemo obratiti pažnju na takav tip isparavanja kao što je ključanje, razgovarati o njegovim razlikama od prethodno razmatranog procesa isparavanja, uvesti takvu vrijednost kao što je tačka ključanja i razgovarati o tome od čega ona ovisi. Na kraju lekcije uvest ćemo vrlo važnu veličinu koja opisuje proces isparavanja – specifičnu toplinu isparavanja i kondenzacije.

Predmet: Agregatna stanja supstance

Lekcija: Prokuhati. Specifična toplota isparavanja i kondenzacije

U prošloj lekciji smo već razmatrali jednu od vrsta isparavanja - isparavanje - i istakli svojstva ovog procesa. Danas ćemo raspravljati o takvoj vrsti isparavanja kao što je proces ključanja, i uvesti vrijednost koja numerički karakterizira proces isparavanja - specifičnu toplinu isparavanja i kondenzacije.

Definicija.Vrenje(Sl. 1) je proces intenzivnog prelaska tečnosti u gasovito stanje, praćen stvaranjem mjehurića pare i koji se odvija u cijeloj zapremini tečnosti na određenoj temperaturi, koja se naziva tačka ključanja.

Uporedimo dvije vrste isparavanja jedna s drugom. Proces ključanja je intenzivniji od procesa isparavanja. Osim toga, kao što se sjećamo, proces isparavanja odvija se na bilo kojoj temperaturi iznad tačke topljenja, a proces ključanja - strogo na određenoj temperaturi, koja je različita za svaku od tvari i naziva se tačka ključanja. Također treba napomenuti da se isparavanje događa samo sa slobodne površine tekućine, odnosno s područja koje je graniči od okolnih plinova, a ključanje se događa odmah iz cijele zapremine.

Razmotrimo detaljnije tok procesa ključanja. Zamislimo situaciju s kojom su se mnogi od nas više puta susreli - ovo je zagrijavanje i kuhanje vode u određenoj posudi, na primjer, u loncu. Tokom zagrijavanja, određena količina topline će se prenijeti na vodu, što će dovesti do povećanja njene unutrašnje energije i povećanja aktivnosti molekularnog kretanja. Ovaj proces će se odvijati do određene faze, sve dok energija molekularnog kretanja ne postane dovoljna za početak ključanja.

U vodi su prisutni otopljeni gasovi (ili druge nečistoće), koji se oslobađaju u njenoj strukturi, što dovodi do tzv. nastanka centara isparavanja. Odnosno, u tim centrima se oslobađa para, a mjehurići se formiraju u cijeloj zapremini vode, koji se uočavaju tokom ključanja. Važno je shvatiti da ovi mjehurići nisu zrak, već para, koja nastaje tokom procesa ključanja. Nakon formiranja mjehurića, količina pare u njima se povećava, a oni počinju da se povećavaju. Često se mjehurići u početku formiraju blizu zidova posude i ne izlaze odmah na površinu; prvo se, povećavajući se u veličini, nalaze pod utjecajem rastuće Arhimedove sile, a zatim se odvajaju od zida i izdižu na površinu, gdje pucaju i ispuštaju dio pare.

Treba napomenuti da svi mjehurići pare ne dospiju odjednom do slobodne površine vode. Na početku procesa ključanja voda je još daleko od ravnomjerno zagrijane, a donji slojevi, u blizini kojih se odvija proces prijenosa topline, čak su i topliji od gornjih, čak i ako se uzme u obzir proces konvekcije. To dovodi do činjenice da se mjehurići pare koji se dižu odozdo kolabiraju zbog fenomena površinski napon prije nego što dođe do slobodne površine vode. Istovremeno, para koja se nalazila unutar mjehurića prelazi u vodu, čime je dodatno zagrijava i ubrzava proces ravnomjernog zagrijavanja vode u cijelom volumenu. Kao rezultat toga, kada se voda zagrije gotovo ravnomjerno, gotovo svi mjehurići pare počinju da dopiru do površine vode i počinje proces intenzivnog isparavanja.

Važno je istaći činjenicu da temperatura na kojoj se odvija proces ključanja ostaje nepromijenjena čak i ako se poveća intenzitet dovoda topline u tekućinu. Jednostavnim riječima Ako se tokom procesa ključanja u gorionik doda gas koji zagreva lonac vode, to će samo povećati intenzitet ključanja, a ne temperaturu tečnosti. Ako se ozbiljnije upustimo u proces ključanja, vrijedi napomenuti da postoje područja u vodi u kojima se može pregrijati iznad tačke ključanja, ali veličina takvog pregrijavanja, u pravilu, ne prelazi jednu ili nekoliko stepeni i beznačajna je u ukupnoj zapremini tečnosti. Tačka ključanja vode pri normalnom pritisku je 100°C.

U procesu ključanja vode možete primijetiti da ga prate karakteristični zvuci tzv. Ovi zvukovi nastaju upravo zbog opisanog procesa kolapsa mjehurića pare.

Procesi ključanja drugih tečnosti odvijaju se na isti način kao i ključanje vode. Glavna razlika u ovim procesima su različite tačke ključanja supstanci, koje su pri normalnom atmosferskom pritisku već izmerene tabelarne vrednosti. Naznačimo glavne vrijednosti ovih temperatura u tabeli.

Zanimljiva je činjenica da tačka ključanja tečnosti zavisi od vrednosti atmosferskog pritiska, zbog čega smo naveli da su sve vrednosti u tabeli date pri normalnom atmosferskom pritisku. Kada se pritisak vazduha poveća, povećava se i tačka ključanja tečnosti, a kada se smanji, naprotiv, opada.

O ovoj zavisnosti tačke ključanja od pritiska okruženje zasnovan na principu rada ovako dobro poznatog kuhinjski aparat kao ekspres lonac (sl. 2). To je tiganj sa poklopcem koji dobro pristaje, ispod kojeg u procesu isparavanja vode pritisak zraka sa parom dostiže do 2 atmosferska pritiska, što dovodi do povećanja tačke ključanja vode u njoj na . Zbog toga se voda s hranom u njoj može zagrijati na temperaturu višu od uobičajene (), a proces kuhanja se ubrzava. Zbog ovog efekta uređaj je i dobio ime.

Rice. 2. Ekspres lonac ()

Situacija sa smanjenjem točke ključanja tekućine uz smanjenje atmosferskog tlaka također ima primjer iz života, ali za mnoge ljude više nije svakodnevna. Ovaj primjer se odnosi na putovanja penjača u visoravni. Ispostavilo se da se u području koje se nalazi na nadmorskoj visini od 3000-5000 m, tačka ključanja vode, usled smanjenja atmosferskog pritiska, smanjuje na još niže vrednosti, što dovodi do poteškoća u kuvanju na planinarenju, jer za efikasno termičku obradu proizvoda u ovom slučaju, potrebno je mnogo duže nego u normalnim uslovima. Na nadmorskoj visini od oko 7000 m, tačka ključanja vode dostiže , što onemogućuje kuvanje mnogih proizvoda u takvim uslovima.

Na toj tački ključanja razne supstance razlikuju, baziraju se neke tehnologije za odvajanje supstanci. Na primjer, ako uzmemo u obzir zagrijavanje ulja, koje je složena tekućina koja se sastoji od mnogih komponenti, tada se u procesu ključanja može podijeliti na nekoliko različitih tvari. AT ovaj slučaj, zbog činjenice da su tačke ključanja kerozina, benzina, nafte i lož ulja različite, mogu se međusobno odvojiti isparavanjem i kondenzacijom na različitim temperaturama. Ovaj proces se obično naziva frakcionisanjem (slika 3).

Rice. 3 Razdvajanje ulja na frakcije ()

Kao i svaki fizički proces, ključanje se mora okarakterizirati nekim numerička vrijednost, takva vrijednost se naziva specifična toplina isparavanja.

Da biste razumjeli fizičko značenje ove količine, razmotrite sljedeći primjer: uzmite 1 kg vode i dovedite je do točke ključanja, a zatim izmjerite koliko je topline potrebno da se ta voda potpuno ispari (isključujući toplinske gubitke) - ova vrijednost će biti jednaka specifičnoj toplini isparavanja vode. Za drugu tvar, ova vrijednost topline će biti drugačija i bit će specifična toplina isparavanja ove tvari.

Specifična toplota isparavanja je veoma važna karakteristika in moderne tehnologije proizvodnja metala. Ispostavilo se da se, na primjer, tokom topljenja i isparavanja željeza, nakon čega slijedi njegova kondenzacija i skrućivanje, formira kristalna rešetka sa strukturom koja pruža veću čvrstoću od originalnog uzorka.

Oznaka: specifična toplota isparavanja i kondenzacije (ponekad se označava ).

jedinica mjere: .

Specifična toplina isparavanja tvari određena je eksperimentima u laboratorijskim uvjetima, a njene vrijednosti za glavne tvari navedene su u odgovarajućoj tabeli.