Kaikille on tuttu kuva: liedellä on vesikattila tulella. Kylmävesi kuumenee vähitellen, joten ensimmäiset kuplat ilmestyvät sen pinnalle ja pian kaikki on iloisesti kuohuvaa. Mikä on veden höyrystymislämpö? Jotkut meistä muistavat koulun opetussuunnitelmasta, että veden lämpötila luonnollisessa ilmanpaineessa ei saa ylittää 100 °C. Ja ne, jotka eivät muista tai eivät usko, voivat käyttää sopivaa lämpömittaria ja varmistaa turvatoimia noudattaen.
Mutta miten tämä voi olla? Loppujen lopuksi tuli palaa edelleen kattilan alla, se luovuttaa energiansa nesteelle, ja mihin se menee, jos se ei lämmitä vettä? Vastaus: Energiaa käytetään veden muuttamiseen höyryksi.
Mihin energia menee
Tavallisessa elämässä olemme tottuneet kolmeen ympärillämme olevan aineen tilaan: kiinteä, nestemäinen ja kaasu. Kiinteässä tilassa molekyylit ovat jäykästi kiinnittyneet kidehilaan. Mutta tämä ei tarkoita niiden täydellistä liikkumattomuutta missä tahansa lämpötilassa, niin kauan kuin se on vähintään asteen korkeampi kuin -273 ° C (tämä on absoluuttinen nolla), molekyylit värähtelevät. Lisäksi värähtelyn amplitudi riippuu lämpötilasta. Kuumennettaessa energiaa siirtyyaineen hiukkasia, ja nämä kaoottiset liikkeet intensiivistyvät ja saavuttavat sitten tietyllä hetkellä sellaisen voiman, että molekyylit poistuvat hilan pesimistä - aine muuttuu nesteeksi.
Nestemäisessä tilassa molekyylit ovat läheisessä yhteydessä toisiinsa vetovoiman vaikutuksesta, vaikka ne eivät ole kiinnittyneitä tiettyyn pisteeseen avaruudessa. Kun aine kerääntyy edelleen lämpöä, osan molekyyleistä kaoottiset värähtelyt tulevat niin suuriksi, että molekyylien vetovoima toisiinsa voitetaan ja ne lentävät erilleen. Aineen lämpötila lakkaa nousemasta, kaikki energia siirtyy nyt seuraavaan ja seuraavaan hiukkaserään, ja niin askel askeleelta kaikki pannulta tuleva vesi täyttää keittiön höyryn muodossa.
Jokainen aine vaatii tietyn määrän energiaa suorittaakseen tämän prosessin. Veden, kuten muidenkin nesteiden, höyrystymislämpö on rajallinen ja sillä on tietyt arvot.
Millä yksiköillä mitataan
Kaikki energia (tasainen liike, tasainen lämpö) mitataan jouleina. Joule (J) on nimetty kuuluisan tiedemiehen James Joulen mukaan. Numeerisesti voidaan saada 1 J energia, jos tiettyä kappaletta työnnetään 1 metrin etäisyydelle 1 Newtonin voimalla.
Aiemmin lämmön mittaamiseen käytettiin sellaista käsitettä kuin "kalori". Uskottiin, että lämpö on sellainen fyysinen aine, joka voi virrata sisään tai ulos mistä tahansa kehosta. Mitä enemmän se "vuota" fyysiseen kehoon, sitä kuumempi se on. Vanhoista oppikirjoista löytyy edelleen tämä fyysinen määrä. Mutta se ei ole vaikeaa muuntaa jouleiksi, riittää kertomaan 4: llä,19.
Nesteiden kaasuksi muuntamiseen tarvittavaa energiaa kutsutaan ominaishöyrystyslämmöksi. Mutta miten se lasketaan? Yksi asia on muuttaa vesikoeputki höyryksi ja toinen asia muuttaa v altavan laivan höyrykoneen säiliö.
Siksi esimerkiksi H2O:lle lämpötekniikassa ne toimivat käsitteellä "veden ominaishöyrystyslämpö" (J / kg - mittayksikkö). Ja avainsana tässä on "erityinen". Sitä pidetään energiamääränä, joka tarvitaan muuttamaan 1 kg nestemäistä ainetta höyryksi.
Arvo ilmaistaan latinalaisella kirjaimella L. Arvo mitataan jouleina per 1 kg.
Kuinka paljon vesi vaatii energiaa
Veden ominaishöyrystyslämpö mitataan seuraavasti: N määrä kaadetaan säiliöön, kiehutaan. Vesilitran höyrystämiseen kuluva energia on haluttu arvo.
Mittaaessaan, mikä on veden höyrystymislämpö, tiedemiehet olivat hieman yllättyneitä. Vesi tarvitsee muuttuakseen kaasuksi enemmän energiaa kuin kaikki maapallolla tavalliset nesteet: kaikki alkoholit, nesteytetyt kaasut ja jopa enemmän kuin metallit, kuten elohopea ja lyijy.
Veden höyrystymislämmöksi tuli siis 2,26 mJ/kg. Vertailun vuoksi:
- elohopealle - 0,282 mJ/kg;
- lyijy on 0,855 mJ/kg.
Entä jos asia on toisinpäin?
Mitä tapahtuu, jos käännät prosessin toisinpäin ja saat nesteen tiivistymään? Ei mitään erikoista, siinä on vahvistus energian säilymisen laille: kun tiivistetään yksikilosta nestettä höyrystä vapautuu täsmälleen sama määrä lämpöä kuin se kuluu sen muuttamiseksi takaisin höyryksi. Siksi termi "höyrystys- ja kondensaatioominaislämpö" löytyy useammin viitetaulukoista.
Muuten, sitä tosiasiaa, että lämpö imeytyy haihtumisen aikana, käytetään menestyksekkäästi kotitalous- ja teollisuuskoneissa keinotekoisen kylmän luomiseen.
