همه با تصویر آشنا هستند: یک دیگ آب روی اجاق گاز روی آتش است. آب ناشی از سرما به تدریج گرم می شود، بنابراین اولین حباب ها روی سطح آن ظاهر می شوند و به زودی همه آن به خوبی می جوشد. گرمای تبخیر آب چقدر است؟ برخی از ما از برنامه درسی مدرسه به یاد داریم که دمای آب در فشار طبیعی اتمسفر نمی تواند از 100 درجه سانتیگراد تجاوز کند. و کسانی که یادشان نمی آید یا باور نمی کنند می توانند از دماسنج مناسب استفاده کنند و با رعایت نکات ایمنی مطمئن شوند.
اما این چگونه می تواند باشد؟ بالاخره آتش زیر تابه هنوز می سوزد، انرژی خود را به مایع می دهد و اگر آب را گرم نکند کجا می رود؟ پاسخ: انرژی برای تبدیل آب به بخار استفاده می شود.
انرژی کجا می رود
در زندگی معمولی، ما به سه حالت ماده اطرافمان عادت داریم: جامد، مایع و گاز. در حالت جامد، مولکول ها به طور صلب در شبکه کریستالی ثابت می شوند. اما این به معنای بی حرکتی کامل آنها نیست، در هر دمایی، تا زمانی که حداقل یک درجه بالاتر از -273 درجه سانتیگراد باشد (این صفر مطلق است)، مولکول ها ارتعاش می کنند. علاوه بر این، دامنه ارتعاش به دما بستگی دارد. هنگامی که گرم می شود، انرژی منتقل می شودذرات یک ماده، و این حرکات آشفته شدیدتر می شوند، و سپس در یک لحظه معین به چنان نیرویی می رسند که مولکول ها از لانه های شبکه خارج می شوند - ماده به مایع تبدیل می شود.
در حالت مایع، مولکول ها به واسطه نیروی جاذبه با یکدیگر مرتبط هستند، اگرچه در نقطه خاصی از فضا ثابت نیستند. با تجمع بیشتر گرما توسط ماده، ارتعاشات هرج و مرج بخشی از مولکول ها به قدری زیاد می شود که نیروی جاذبه مولکول ها به یکدیگر غلبه می کند و از هم دور می شوند. دمای این ماده از افزایش می‌افتد، اکنون تمام انرژی به دسته‌های بعدی و بعدی ذرات منتقل می‌شود و به این ترتیب، مرحله به مرحله، تمام آب تابه آشپزخانه را به شکل بخار پر می‌کند.
هر ماده برای انجام این فرآیند به مقدار معینی انرژی نیاز دارد. گرمای تبخیر آب مانند سایر مایعات محدود است و مقادیر مشخصی دارد.
با چه واحدهایی اندازه گیری می شود
هر انرژی (حتی حرکت، حتی گرما) با ژول اندازه گیری می شود. ژول (J) به افتخار دانشمند معروف جیمز ژول نامگذاری شده است. از نظر عددی، انرژی 1 ژول را می توان به دست آورد اگر جسم خاصی در فاصله 1 متری با نیروی 1 نیوتن رانده شود.
قبلاً برای اندازه گیری گرما از مفهومی به عنوان "کالری" استفاده می کردند. اعتقاد بر این بود که گرما یک ماده فیزیکی است که می تواند در داخل یا خارج از هر جسمی جریان یابد. هر چه بیشتر به بدن فیزیکی "نشت" کند، گرمتر است. در کتاب های درسی قدیمی، هنوز هم می توانید این کمیت فیزیکی را پیدا کنید. اما تبدیل آن به ژول دشوار نیست، کافی است در 4 ضرب کنیم،19.
انرژی مورد نیاز برای تبدیل مایعات به گاز، گرمای ویژه تبخیر نامیده می شود. اما چگونه می توان آن را محاسبه کرد؟ تبدیل یک لوله آزمایش آب به بخار یک چیز است و تبدیل مخزن موتور بخار کشتی بزرگ یک چیز دیگر.
بنابراین، برای مثال، برای H2O، در مهندسی حرارت با مفهوم "گرمای ویژه تبخیر آب" (J / kg - واحد اندازه گیری) عمل می کنند.). و کلمه کلیدی در اینجا "خاص" است. مقدار انرژی لازم برای تبدیل 1 کیلوگرم ماده مایع به بخار در نظر گرفته می شود.
مقدار با حرف لاتین L نشان داده می شود. مقدار با ژول در هر کیلوگرم اندازه گیری می شود.
آب چقدر انرژی نیاز دارد
گرمای ویژه تبخیر آب به صورت زیر اندازه گیری می شود: مقدار نیتروژن در ظرف ریخته می شود تا به جوش آید. انرژی صرف شده برای تبخیر یک لیتر آب مقدار مورد نظر خواهد بود.
با اندازه گیری گرمای ویژه تبخیر آب، دانشمندان کمی شگفت زده شدند. برای تبدیل شدن به گاز، آب به انرژی بیشتری از تمام مایعات رایج روی زمین نیاز دارد: کل خط الکل ها، گازهای مایع، و حتی بیشتر از فلزاتی مانند جیوه و سرب.
بنابراین، گرمای تبخیر آب 2.26 میلی ژول بر کیلوگرم بود. برای مقایسه:
- برای جیوه - 0.282 mJ/kg؛
- دارای 0.855 میلی ژول بر کیلوگرم است.
سرب
اگر برعکس باشد چه؟
اگر فرآیند را معکوس کنید، مایع را متراکم کنید، چه اتفاقی می افتد؟ هیچ چیز خاصی نیست، تأیید قانون بقای انرژی وجود دارد: هنگام متراکم کردن یکاز یک کیلوگرم مایع از بخار، دقیقاً همان مقدار گرمایی آزاد می شود که برای تبدیل مجدد آن به بخار لازم است. بنابراین، اصطلاح "گرمای ویژه تبخیر و تراکم" بیشتر در جداول مرجع یافت می شود.
در ضمن، جذب گرما در حین تبخیر با موفقیت در لوازم خانگی و صنعتی برای ایجاد سرمای مصنوعی استفاده می شود.
