Alla är bekanta med bilden: det står en kastrull med vatten på spisen på brasan. Vatten från kallt blir gradvis varmt, så de första bubblorna dyker upp på dess yta, och snart sjuder allt glatt. Vad är vattnets förångningsvärme? En del av oss minns från skolans läroplan att temperaturen på vattnet vid naturligt atmosfärstryck inte får överstiga 100 °C. Och de som inte kommer ihåg eller inte tror kan använda lämplig termometer och se till, iaktta säkerhetsåtgärder.
Men hur kan detta vara? Elden brinner trots allt fortfarande under pannan, den ger upp sin energi till vätskan, och vart tar den vägen om den inte värmer vattnet? Svar: Energi används för att förvandla vatten till ånga.
Vart tar energin vägen
I det vanliga livet är vi vana vid de tre tillstånden i materien omkring oss: fast, flytande och gas. I fast tillstånd är molekylerna stelt fixerade i kristallgittret. Men detta betyder inte deras fullständiga orörlighet, vid vilken temperatur som helst, så länge den är minst en grad högre än -273 ° C (detta är absolut noll), vibrerar molekylerna. Dessutom beror vibrationsamplituden på temperaturen. Vid uppvärmning överförs energipartiklar av ett ämne, och dessa kaotiska rörelser blir mer intensiva, och når sedan en sådan kraft i ett visst ögonblick att molekylerna lämnar gittrets bon - ämnet blir en vätska.
I flytande tillstånd är molekylerna nära besläktade med varandra genom attraktionskraften, även om de inte är fixerade vid en viss punkt i rymden. Med ytterligare ackumulering av värme av ämnet blir de kaotiska vibrationerna hos en del av molekylerna så stora att molekylernas attraktionskraft mot varandra övervinns och de flyger isär. Temperaturen på ämnet slutar att stiga, all energi överförs nu till nästa och nästa parti med partiklar, och så, steg för steg, fyller allt vatten från pannan köket i form av ånga.
Varje ämne kräver en viss mängd energi för att utföra denna process. Vattens förångningsvärme, liksom andra vätskor, är ändlig och har specifika värden.
I vilka enheter mäts
All energi (jämn rörelse, jämn värme) mäts i joule. Joule (J) är uppkallad efter den berömda vetenskapsmannen James Joule. Numeriskt kan en energi på 1 J erhållas om en viss kropp trycks på ett avstånd av 1 meter med en kraft på 1 Newton.
Tidigare använde de ett begrepp som "kalori" för att mäta värme. Man trodde att värme är en sådan fysisk substans som kan strömma in eller ut ur vilken kropp som helst. Ju mer det "läckte" in i den fysiska kroppen, desto varmare är det. I gamla läroböcker kan du fortfarande hitta denna fysiska mängd. Men det är inte svårt att omvandla det till joule, det räcker att multiplicera med 4,19.
Energin som krävs för att omvandla vätskor till gaser kallas det specifika förångningsvärmet. Men hur räknar man ut det? Det är en sak att förvandla ett provrör med vatten till ånga och en annan sak att förvandla en enorm ångmotortank för ett fartyg.
Därför, till exempel, för H2O, inom värmeteknik arbetar de med konceptet "specifik värme för förångning av vatten" (J / kg - måttenhet). Och nyckelordet här är "specifikt". Det anses vara den mängd energi som krävs för att omvandla 1 kg flytande ämne till ånga.
Värdet anges med den latinska bokstaven L. Värdet mäts i joule per 1 kg.
Hur mycket energi kräver vatten
Vattnets specifika värme för förångning mäts enligt följande: mängden N hälls i behållaren, kokas upp. Energin som spenderas på förångningen av en liter vatten blir det önskade värdet.
Forskarna blev lite förvånade när de mätte vad vattnets specifika värme för förångning är. För att förvandlas till en gas kräver vatten mer energi än alla vätskor som är vanliga på jorden: hela raden av alkoholer, flytande gaser och till och med mer än metaller som kvicksilver och bly.
Så, vattnets förångningsvärme visade sig vara 2,26 mJ/kg. Som jämförelse:
- för kvicksilver - 0,282 mJ/kg;
- bly har 0,855 mJ/kg.
Tänk om det är tvärtom?
Vad händer om du vänder på processen, får vätskan att kondensera? Inget speciellt, det finns en bekräftelse på lagen om energibevarande: när man kondenserar enav ett kilo vätska från ånga frigörs exakt samma mängd värme som det krävs för att omvandla den till ånga igen. Därför finns termen "specifik förångnings- och kondensationsvärme" oftare i referenstabeller.
Förresten, det faktum att värme absorberas under avdunstning används framgångsrikt i hushålls- och industriapparater för att skapa konstgjord kyla.
