Category archives: Применяется к чайнику с кипящей водой

Это называется удельной теплотой плавления вещества. Удельную теплоту плавления данного вещества можно найти в таблицах. Удельная теплота плавления численно равна количеству тепла, необходимому для превращения одного килограмма данного кристаллического вещества, доведенного до температуры плавления, в жидкость. Мы видим, что для разрушения кристаллической решетки льда требуется почти в два раза больше энергии! Лед относится к веществам с высокой удельной теплотой плавления, и поэтому весной он тает не сразу, природа приняла свои меры: если бы лед имел такую же удельную теплоту плавления, как свинец, то вся масса льда и снега растаяла бы с первыми оттепелями, затопив все вокруг.

График кристаллизации Теперь перейдем к рассмотрению кристаллизации, обратного процесса таяния. Начнем с точки на предыдущем рисунке. Предположим, что в этот момент нагрев расплава прекратился, печь выключена и расплав находится на воздухе.

Дальнейшее изменение температуры расплава представлено на рисунке до тех пор, пока его температура не достигнет температуры кристаллизации, которая совпадает с температурой плавления. С этого момента температура расплава перестает меняться, хотя тепло по-прежнему уходит из расплава в окружающую среду. <Кристаллизация расплава - его постепенный переход в твердое состояние - происходит в этот момент. Внутри раздела мы снова имеем смесь твердой и жидкой фаз, и чем ближе к точке, тем больше становится твердой и меньше жидкой. Наконец, в точке не остается жидкости - она полностью кристаллизовалась. Нас снова интересует участок фазового перехода: почему температура остается неизменной, несмотря на потерю тепла?

Снова вернемся к точке. После прекращения подачи тепла температура расплава снижается, поскольку его частицы постепенно теряют кинетическую энергию в результате столкновений с молекулами окружающей среды и излучения электромагнитных волн.

После прекращения подачи тепла температура расплава снижается, поскольку его частицы постепенно теряют кинетическую энергию в результате столкновений с молекулами окружающей среды и излучения электромагнитных волн.

Когда температура расплава снизится до температуры кристаллизации, его частицы замедлятся настолько, что гравитационные силы смогут их правильно "развернуть" и придать им строго определенную взаимную ориентацию в пространстве. Таким образом, возникнут условия для зарождения кристаллической решетки, и она действительно начнет формироваться за счет дальнейшего отбора энергии из расплава в окружающее пространство. Одновременно начнется встречный процесс выделения энергии: когда частицы займут свои места в узлах кристаллической решетки, их потенциальная энергия резко уменьшится, за счет чего увеличится их кинетическая энергия - кристаллизующаяся жидкость является источником тепла, часто можно увидеть сидящих птиц у проруби.

Они там греются! Тепло, выделяемое при кристаллизации, в точности компенсирует потерю тепла в окружающую среду, поэтому температура в месте кристаллизации не меняется.

В точке кристаллизации жидкость кристаллизуется и исчезает, а тепло поглощается жидкостью.

Расплав исчезает в точке, и вместе с завершением кристаллизации исчезает и этот внутренний "генератор" тепла. Вследствие продолжающейся диссипации энергии во внешнюю среду снижение температуры возобновится, но образовавшимся участком будет только охлажденное твердое тело. Как показывает опыт, при кристаллизации выделяется ровно столько же тепла, сколько было поглощено при кристаллизации на площадке.

Парение и конденсация Испарение - это переход жидкости, находящейся в газообразном состоянии, в пар. Существует два способа парообразования: испарение и кипение.

Вапоризация

Испарение - это испарение, происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости. Как вы помните из рабочего листа "Насыщенный пар", причиной испарения является выход из жидкости наиболее быстрых молекул, которые способны преодолеть силы межмолекулярного притяжения.

Эти молекулы.

Эти молекулы образуют пар над поверхностью жидкости. Разные жидкости испаряются с разной скоростью: чем больше силы притяжения молекул друг к другу - тем меньшее количество молекул в единицу времени сможет их преодолеть и вылететь, и тем меньше скорость испарения. Эфир, ацетон и спирт испаряются быстро, вода испаряется медленнее, масло и ртуть испаряются гораздо медленнее, чем вода.

Скорость испарения увеличивается с повышением температуры: в жаркую погоду белье сохнет быстрее, так как средняя кинетическая энергия молекул жидкости возрастает, поэтому увеличивается количество быстрых молекул, способных вырваться из жидкости.

Скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости: чем больше площадь поверхности, тем больше количество молекул, имеющих доступ к поверхности, и испарение происходит быстрее, именно поэтому мы тщательно расправляем белье при развешивании.

Наряду с испарением происходит и обратный процесс: молекулы пара беспорядочно перемещаются по поверхности жидкости и частично рециркулируют обратно в жидкость. Превращение пара в жидкость называется конденсацией. Конденсация замедляет испарение жидкости.

Так, одежда быстрее сохнет в сухом воздухе, чем во влажном. Она также быстрее сохнет на ветру: пар уносится ветром, и испарение происходит быстрее. В некоторых ситуациях скорость конденсации может быть равна скорости испарения. Тогда эти два процесса компенсируют друг друга и наступает динамическое равновесие: жидкость не вытекает из плотно закупоренной бутылки годами, а над поверхностью жидкости в этом случае образуется насыщенный пар.

Конденсация водяного пара в атмосфере постоянно видна в виде облаков, осадков и утренней росы; именно испарение и конденсация обеспечивают естественный круговорот воды, который поддерживает жизнь на Земле.

Поскольку испарение - это выход самых быстрых молекул из жидкости, во время испарения средняя кинетическая энергия молекул жидкости уменьшается, что означает охлаждение жидкости. Вам хорошо знакомо ощущение холода, а иногда и зябкости, особенно когда выходишь из воды: вода, испаряясь по всему телу, забирает тепло, ветер ускоряет процесс испарения, теперь понятно, почему мы дуем на горячий чай.

Еще лучше втягивать воздух, потому что тогда на поверхность чая попадает сухой окружающий воздух, а не влажный воздух из наших легких.

Такую же прохладу можно ощутить, если провести по руке кусочком абсорбирующей ваты, смоченной в летучем растворителе, таком как ацетон или жидкость для снятия лака с ногтей.

Во время сорокаградусной жары в помещении с температурой воздуха в 40 градусов можно почувствовать прохладу.

В 40-градусную жару мы поддерживаем нормальную температуру тела, увеличивая испарение влаги через поры; без этого терморегулятора мы бы умерли в такую жару.

Напротив, конденсация происходит, когда мы используем на руке конденсатор, который помогает регулировать тепло.

Напротив, во время конденсации жидкость нагревается: молекулы пара ускоряются под действием сил притяжения соседних молекул жидкости, когда они возвращаются в жидкость, что приводит к увеличению средней кинетической энергии молекул жидкости; сравните это явление с выделением энергии при кристаллизации расплава!

Кипение Кипение - это испарение, происходящее во всем объеме жидкости. Кипение возможно потому, что в жидкости всегда есть некоторое количество воздуха, растворенного в ней путем диффузии. При нагревании жидкости этот воздух расширяется, пузырьки воздуха постепенно увеличиваются в размерах и становятся видимыми невооруженным глазом в кастрюле с водой, они оседают на дне и стенках.

Пузырьки воздуха содержат насыщенный пар, давление которого, как вы помните, быстро увеличивается при повышении температуры. Чем больше становятся пузырьки, тем больше на них действует Архимедова сила, и в определенный момент пузырьки начинают отделяться и всплывать. Поднимаясь вверх, пузырьки попадают в менее нагретые слои жидкости; пар в них конденсируется, и пузырьки снова сжимаются. Хлопанье пузырьков вызывает знакомый шум, который предшествует закипанию чайника. <В конце концов, со временем вся жидкость нагревается равномерно, пузырьки достигают поверхности и лопаются, выпуская воздух и пар - шум сменяется булькающим звуком, и жидкость закипает. Таким образом, пузырьки служат "проводниками" пара изнутри жидкости к ее поверхности. При кипении, наряду с обычным испарением, жидкость превращается в пар по всему объему - испарение внутри пузырьков воздуха с последующим выделением пара наружу.

Поэтому кипящие жидкости испаряются очень быстро: чайник, на испарение которого ушло бы несколько дней, закипает за полчаса.

В отличие от испарения, которое происходит при любой температуре, жидкость начинает кипеть только тогда, когда она достигает температуры кипения - температуры, при которой пузырьки воздуха способны всплыть и достичь поверхности. В точке кипения давление насыщенного пара становится равным внешнему давлению на жидкость, а именно атмосферному давлению. <Соответственно, чем больше внешнее давление, тем выше температура, при которой начинается кипение. При нормальном атмосферном давлении Pa температура кипения воды равна. Поэтому давление насыщенного водяного пара при температуре равно Па. Этот факт необходимо знать для решения задач - часто предполагается, что он известен по умолчанию.

Вершина Эльбруса - это вершина Эльбруса.

На вершине Эльбруса атмосферное давление равно атм, и вода там будет кипеть при температуре. А при давлении в атм вода начнет кипеть только при. Температура кипения при нормальном атмосферном давлении - это строго определенная величина для данной жидкости, точки кипения, приведенные в таблицах учебников и справочников, являются точками кипения химически чистых жидкостей. Наличие примесей в жидкости может изменить температуру кипения. Например, водопроводная вода содержит растворенный хлор и некоторые соли, поэтому ее температура кипения при нормальном атмосферном давлении может несколько отличаться от температуры кипения жидкости.

Так, спирт кипит при , эфир кипит при , ртуть кипит при . Обратите внимание: чем более летучая жидкость, тем ниже ее температура кипения. В таблице температур кипения мы также видим, что кислород кипит при . Таким образом, при обычных температурах кислород - это газ!

Мы знаем, что если чайник снять с огня, кипение сразу же прекратится - процесс кипения требует постоянного притока тепла. В то же время температура воды в чайнике не изменится после закипания, она остается постоянной все время.

Куда девается подводимое тепло? Ситуация аналогична процессу плавления: тепло используется для увеличения потенциальной энергии молекул.

В данном случае это работа по удалению молекул на такие расстояния, что гравитационные силы не могут удержать молекулы рядом друг с другом, и жидкость переходит в газообразное состояние. График кипения Рассмотрим графическое представление процесса нагревания жидкости - так называемый график кипения Рис. График кипения предшествует началу кипения. В момент, когда жидкость закипает, ее масса уменьшается.

В точке , жидкость полностью выкипает. Для того чтобы пройти отрезок, т.е. полностью превратить жидкость, доведенную до точки кипения, в пар, к ней необходимо подвести некоторое количество тепла. Опыт показывает, что это количество тепла прямо пропорционально массе жидкости: коэффициент пропорциональности называется удельной теплотой парообразования жидкости при ее температуре кипения.

Удельная теплота парообразования численно равна количеству тепла, которое необходимо приложить к 1 кг жидкости, взятой при температуре кипения, чтобы полностью превратить ее в пар. Это неудивительно: ведь для плавления льда требуется лишь нарушить упорядоченное расположение молекул воды в узлах кристаллической решетки; расстояние между молекулами остается примерно одинаковым.

Но для того, чтобы превратить воду в пар, требуется гораздо больше работы, чтобы разорвать все связи между молекулами и удалить молекулы на значительные расстояния друг от друга. Процесс конденсации пара и последующего охлаждения жидкости выглядит на графике симметрично процессу нагревания и кипения. Вот соответствующий график конденсации для случая стоградусного водяного пара, наиболее часто встречающегося на рис.

График конденсации.


Навигация

thoughts on “Применяется к чайнику с кипящей водой

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *