Aine vedelast olekust gaasiliseks muutmise protsessi nimetatakse aurustamine. Aurustamist saab läbi viia kahe protsessina: i.

Keetmine

Teine aurustumisprotsess on keetmine. Seda protsessi saab jälgida lihtsa katse abil, kuumutades vett klaaskolvis. Vee kuumutamisel tekivad sellesse mõne aja pärast mullid, mis sisaldavad õhku ja küllastunud veeauru, mis tekib mullide sees vee aurustumisel. Kui temperatuur tõuseb, suureneb rõhk mullide sees ja üleslükkejõu mõjul tõusevad need üles. Kuna aga ülemiste veekihtide temperatuur on madalam kui alumistes, hakkab aur mullides kondenseeruma ja need tõmbuvad kokku. Kui vesi soojeneb kogu mahu ulatuses, tõusevad auruga mullid pinnale, lõhkevad ja aur väljub. Vesi keeb. See toimub temperatuuril, mille juures küllastusauru rõhk mullides on võrdne atmosfäärirõhuga.

Nimetatakse aurustumisprotsessi, mis toimub kogu vedeliku mahus teatud temperatuuril. Temperatuuri, mille juures vedelik keeb, nimetatakse keemispunkt.

See temperatuur sõltub atmosfäärirõhust. Atmosfäärirõhu tõustes tõuseb keemistemperatuur.

Kogemused näitavad, et keemisprotsessi ajal vedeliku temperatuur ei muutu, hoolimata sellest, et energia tuleb väljast. Vedeliku üleminek gaasilisse olekusse keemistemperatuuril on seotud molekulide vahelise kauguse suurenemisega ja vastavalt nendevahelise külgetõmbe ületamisega. Vedelikule antav energia kulutatakse tõmbejõudude ületamiseks. See juhtub seni, kuni kogu vedelik muutub auruks. Kuna vedeliku ja auru temperatuur on keemisprotsessi ajal sama, siis molekulide keskmine kineetiline energia ei muutu, suureneb ainult nende potentsiaalne energia.

Joonisel on kujutatud vee temperatuuri ja aja graafikut selle kuumutamisel toatemperatuurilt keemiseni (AB), keetmisel (BC), auruga kuumutamisel (CD), auruga jahutamisel (DE), kondenseerumisel (EF) ja sellele järgneval jahutamisel (FG).

Aurustumise erisoojus

Erinevate ainete muundamiseks vedelast olekust gaasiliseks on vaja erinevat energiat, seda energiat iseloomustab väärtus, mida nimetatakse aurustumiserisoojuseks.

Erisoojus aurustamine (L) on väärtus, mis võrdub soojushulga suhtega, mis tuleb anda ainele massiga 1 kg, et see keemistemperatuuril vedelast olekust gaasiliseks muutuks.

Eriaurumissoojuse ühik on [ L] = J/kg.

Soojushulga Q arvutamiseks, mis tuleb anda ainele massiga mn, et see muutuks vedelast olekust gaasiliseks, on vajalik aurustumissoojus ( L) korda aine mass: Q = Lm.

Auru kondenseerumisel eraldub teatud kogus soojust ja selle väärtus on võrdne soojushulga väärtusega, mis tuleb kulutada vedeliku auruks muutmiseks samal temperatuuril.

Keetmine, nagu nägime, on ka aurustumine, ainult sellega kaasneb kiire aurumullide teke ja kasv. On ilmne, et keetmise ajal on vaja vedelikku viia teatud kogus soojust. See soojushulk läheb auru moodustamiseks. Veelgi enam, erinevad sama massiga vedelikud vajavad keemistemperatuuril auruks muutmiseks erinevat soojushulka.

Katsed on näidanud, et 1 kg kaaluva vee aurustamiseks temperatuuril 100 °C on vaja 2,3 x 10 6 J energiat. Temperatuuril 35 °C võetud 1 kg eetri aurustamiseks on vaja 0,4 10 6 J energiat.

Seega, et aurustuva vedeliku temperatuur ei muutuks, tuleb vedelikule anda teatud kogus soojust.

Füüsikalist suurust, mis näitab, kui palju soojust on vaja 1 kg massiga vedeliku auruks muutmiseks ilma temperatuuri muutmata, nimetatakse aurustumiserisoojuseks.

Aurustumise erisoojus on tähistatud tähega L. Selle ühik on 1 J / kg.

Katsetega on kindlaks tehtud, et vee erisoojus 100 °C juures on 2,3 10 6 J/kg. Teisisõnu kulub 1 kg vee auruks muutmiseks temperatuuril 100 °C 2,3 x 10 6 J energiat. Seetõttu keemistemperatuuril sisemine energia auruolekus olev aine on suurem kui vedelas olekus oleva aine sama massi siseenergia.

Tabel 6
Teatud ainete aurustumissoojus (keemistemperatuuril ja normaalsel atmosfäärirõhul)

Kokkupuutel külma esemega veeaur kondenseerub (joonis 25). Sel juhul vabaneb auru moodustumisel neeldunud energia. Täpsed katsed näitavad, et kondenseerumisel eraldab aur selle moodustumiseks kulunud energiahulga.

Riis. 25. Auru kondenseerumine

Järelikult, kui 1 kg veeauru muudetakse temperatuuril 100 °C sama temperatuuriga veeks, vabaneb 2,3 x 10 6 J energiat. Nagu on näha võrdlusest teiste ainetega (tabel 6), on see energia üsna suur.

Kasutada saab auru kondenseerumisel vabanevat energiat. Suurtes soojuselektrijaamades soojendab turbiinides kasutatav aur vett.

Sel viisil soojendatud vett kasutatakse hoonete kütmiseks, vannides, pesumajades ja muudeks olmevajadusteks.

Mis tahes massiga vedeliku keemistemperatuuril vedeliku auruks muutmiseks vajaliku soojushulga Q arvutamiseks peate korrutama aurustumissoojuse L massiga m:

Selle valemi järgi saab kindlaks teha, et

m = Q/L, L = Q/m

Sama valemiga määratakse ka keemistemperatuuril kondenseeruva massiga m auru poolt eralduv soojushulk.

Näide. Kui palju energiat kulub 2 kg 20°C vee auruks muutmiseks? Paneme kirja ülesande seisukorra ja lahendame selle.

Küsimused

1. Mis energiat saab vedelik keemise ajal?
2. Mis on aurustumissoojus?
3. Kuidas saab katseliselt näidata, et auru kondenseerumisel vabaneb energia?
4. Kui palju energiat vabaneb 1 kg veeauru kondenseerumisel?
5. Kus tehnikas kasutatakse veeauru kondenseerumisel vabanevat energiat?

16. harjutus

1. Kuidas peaks aru saama, et vee erisoojus on 2,3 10 6 J/kg?
2. Kuidas peaks aru saama, et ammoniaagi kondensatsiooni erisoojus on 1,4 10 6 J/kg?
3. Millistel tabelis 6 loetletud ainetel on vedelast olekust auruks muutmisel siseenergia suurem? Põhjenda vastust.
4. Kui palju energiat kulub 150 g vee auruks muutmiseks 100°C juures?
5. Kui palju energiat tuleb kulutada, et 5 kg massiga vett, mis on võetud temperatuuril 0 °C, keema ajada ja aurustada?
6. Kui palju energiat eraldab 2 kg massiga vesi, kui see jahutatakse 100 °C-lt 0 °C-ni? Kui palju energiat eraldub, kui vee asemel võtta sama palju auru 100 °C juures?

Harjutus

1. Tabeli 6 järgi määrake, milliste ainete vedelast olekust auruks muutmisel suureneb siseenergia tugevamini. Põhjenda vastust.
2. Koostage aruanne ühel teemal (valikuline).
3. Kuidas tekib kaste, härmatis, vihm ja lumi.
4. Vee ringkäik looduses.
5. Metalli valamine.

Selles õppetükis pöörame tähelepanu sellisele aurustamise tüübile nagu keetmine, arutame selle erinevusi eelnevalt käsitletud aurustumisprotsessist, tutvustame sellist väärtust nagu keemistemperatuur ja arutame, millest see sõltub. Tunni lõpus tutvustame väga olulist aurustumisprotsessi kirjeldavat suurust - aurustumise ja kondenseerumise erisoojust.

Teema: Aine agregeeritud olekud

Õppetund: Keeda. Aurustumise ja kondenseerumise erisoojus

Viimases õppetükis käsitlesime juba üht aurustamise tüüpidest - aurustamist - ja tõime esile selle protsessi omadused. Täna käsitleme sellist aurustamise tüüpi nagu keemisprotsess ja tutvustame väärtust, mis iseloomustab aurustumisprotsessi numbriliselt - aurustumis- ja kondenseerumissoojust.

Definitsioon.Keetmine(joonis 1) on vedeliku intensiivne üleminek gaasilisse olekusse, millega kaasneb aurumullide moodustumine ja mis toimub kogu vedeliku mahus teatud temperatuuril, mida nimetatakse keemistemperatuuriks.

Võrdleme kahte tüüpi aurustamist omavahel. Keetmisprotsess on intensiivsem kui aurustusprotsess. Lisaks, nagu mäletame, toimub aurustumisprotsess mis tahes temperatuuril, mis on kõrgem kui sulamistemperatuur, ja keemisprotsess - rangelt teatud temperatuuril, mis on iga aine puhul erinev ja mida nimetatakse keemistemperatuuriks. Samuti tuleb märkida, et aurustumine toimub ainult vedeliku vabalt pinnalt, st alalt, mis piirab seda ümbritsevatest gaasidest, ja keemine toimub kohe kogu mahust.

Vaatleme üksikasjalikumalt keemisprotsessi kulgu. Kujutagem ette olukorda, millega paljud meist on korduvalt kokku puutunud – selleks on vee soojendamine ja keetmine teatud anumas, näiteks kastrulis. Kuumutamise ajal kantakse vette teatud kogus soojust, mis toob kaasa selle siseenergia suurenemise ja molekulaarse liikumise aktiivsuse suurenemise. See protsess jätkub kuni teatud etapini, kuni molekulide liikumise energiast piisab keemise alustamiseks.

Vees on lahustunud gaase (või muid lisandeid), mis eralduvad selle struktuuris, mis põhjustab nn aurustumiskeskuste tekkimist. See tähendab, et nendes keskustes eraldub aur ja kogu veekogus tekivad mullid, mida keemise ajal täheldatakse. Oluline on mõista, et need mullid ei ole õhk, vaid aur, mis tekib keemisprotsessi käigus. Pärast mullide moodustumist suureneb nendes aurude hulk ja nende suurus hakkab suurenema. Sageli tekivad mullid esialgu anuma seinte lähedal ja ei tõuse kohe pinnale; esiteks on nad, suurendades suurust, Archimedese kasvava jõu mõju all, seejärel murduvad seinast lahti ja tõusevad pinnale, kus nad lõhkevad ja eraldavad osa auru.

Tuleb märkida, et kõik aurumullid ei jõua korraga vee vabale pinnale. Keemisprotsessi alguses pole vesi veel kaugeltki ühtlaselt kuumenenud ja alumised kihid, mille lähedal toimub soojusülekande protsess, on isegi konvektsiooniprotsessi arvesse võttes isegi kuumemad kui ülemised. See viib selleni, et alt tõusvad aurumullid varisevad pindpinevusnähtuse tõttu kokku, jõudmata veel vee vabale pinnale. Samal ajal läheb mullide sees olnud aur vette, soojendades seda täiendavalt ja kiirendades vee ühtlase kuumutamise protsessi kogu mahu ulatuses. Selle tulemusena, kui vesi kuumutatakse peaaegu ühtlaselt, hakkavad peaaegu kõik aurumullid jõudma veepinnale ja algab intensiivne aurustumisprotsess.

Oluline on rõhutada asjaolu, et keemistemperatuur jääb muutumatuks ka siis, kui vedeliku soojusvarustuse intensiivsust suurendatakse. Lihtsate sõnadega Kui keetmise ajal lisatakse põletisse gaas, mis soojendab veepotti, suurendab see ainult keemise intensiivsust, mitte ei tõsta vedeliku temperatuuri. Kui keemisprotsessi tõsisemalt süveneda, siis tasub tähele panna, et vees on kohti, kus see võib üle keemistemperatuuri üle kuumeneda, kuid sellise ülekuumenemise ulatus ei ületa reeglina ühte või paari kraadi ja on vedeliku kogumahus ebaoluline. Vee keemistemperatuur normaalrõhul on 100°C.

Vee keetmise käigus võite märgata, et sellega kaasnevad iseloomulikud nn kihavad helid. Need helid tekivad just kirjeldatud aurumullide kokkuvarisemise protsessi tõttu.

Teiste vedelike keetmine toimub samamoodi nagu vee keetmine. Peamine erinevus nendes protsessides on ainete erinevad keemispunktid, mis normaalsel atmosfäärirõhul on juba mõõdetud tabeliväärtused. Toome tabelis ära nende temperatuuride peamised väärtused.

Huvitav fakt on see, et vedelike keemistemperatuur sõltub atmosfäärirõhu väärtusest, mistõttu märkisime, et kõik tabelis olevad väärtused on antud normaalsel atmosfäärirõhul. Õhurõhu tõustes tõuseb ka vedeliku keemistemperatuur ja kui see langeb, siis vastupidi, langeb.

Sellest keemistemperatuuri sõltuvusest rõhust keskkond põhineb sellise tuntud köögiseadme nagu kiirkeedukell tööpõhimõte (joon. 2). See on tihedalt suletava kaanega pann, mille all vee aurustumise protsessis ulatub õhurõhk auruga kuni 2 atmosfäärirõhuni, mis viib selles oleva vee keemistemperatuuri tõusuni. Seetõttu on vees koos toiduga võimalik soojeneda tavapärasest kõrgema temperatuurini () ja toiduvalmistamise protsess kiireneb. Selle efekti tõttu sai seade oma nime.

Riis. 2. Survekeetja ()

Olukorral, kus vedeliku keemistemperatuur langeb koos atmosfäärirõhu langusega, on näide elust, kuid mitte enam paljude jaoks igapäevane. See näide kehtib mägironijate reisimise kohta mägismaal. Selgub, et 3000-5000 m kõrgusel asuvas piirkonnas langeb vee keemistemperatuur atmosfäärirõhu languse tõttu veelgi madalamatele väärtustele, mis põhjustab matkadel toiduvalmistamise raskusi, kuna tõhusa termilise energia tagamiseks. toidu töötlemine sisse Sel juhul kulub palju kauem aega kui tavatingimustes. Umbes 7000 m kõrgusel ulatub vee keemistemperatuur , mis muudab paljude toodete valmistamise sellistes tingimustes võimatuks.

Sellel keemistemperatuuril erinevaid aineid erinevad, põhinevad mõned ainete eraldamise tehnoloogiad. Näiteks kui võtta arvesse õli kuumutamist, mis on paljudest komponentidest koosnev kompleksne vedelik, siis võib selle keetmise käigus jagada mitmeks erinevaks aineks. Sel juhul, kuna petrooleumi, bensiini, nafta ja kütteõli keemistemperatuurid on erinevad, saab neid erinevatel temperatuuridel aurustamise ja kondenseerumise teel üksteisest eraldada. Seda protsessi nimetatakse tavaliselt fraktsioneerimiseks (joonis 3).

Riis. 3 Õli jagamine fraktsioonideks ()

Nagu iga füüsikalist protsessi, tuleb ka keetmist iseloomustada mingi arvväärtusega, sellist väärtust nimetatakse aurustumissoojuseks.

Selle koguse füüsikalise tähenduse mõistmiseks kaaluge järgmist näidet: võtke 1 kg vett ja viige see keemistemperatuurini, seejärel mõõtke, kui palju soojust on vaja selle vee täielikuks aurustamiseks (välja arvatud soojuskaod) - see väärtus olema võrdne vee erisoojusega. Teise aine puhul on see soojusväärtus erinev ja see on selle aine aurustumissoojus.

Aurustumise erisoojus on väga oluline omadus sisse kaasaegsed tehnoloogiad metalli tootmine. Selgub, et näiteks raua sulamisel ja aurustumisel, millele järgneb selle kondenseerumine ja tahkumine, kristallrakk konstruktsiooniga, mis tagab esialgsest proovist suurema tugevuse.

Määramine: aurustumis- ja kondenseerumissoojus (mõnikord tähistatakse ).

mõõtühik: .

Ainete erisoojus määratakse katsetega laboritingimustes ja selle väärtused põhiainete jaoks on loetletud vastavas tabelis.

Keemine on intensiivne aurustumine, mis tekib siis, kui vedelikku kuumutatakse mitte ainult pinnalt, vaid ka selle sees.

Keemine toimub soojuse neeldumisel.
Suurem osa tarnitud soojusest kulub aineosakeste vaheliste sidemete purustamiseks, ülejäänu - auru paisumisel tehtavale tööle.
Selle tulemusena muutub auruosakeste interaktsioonienergia suuremaks kui vedelate osakeste vahel, seega on auru siseenergia suurem kui vedeliku siseenergia samal temperatuuril.
Keemisprotsessi ajal vedeliku auruks ülekandmiseks vajaliku soojushulga saab arvutada järgmise valemi abil:

kus m on vedeliku mass (kg),
L on aurustumissoojus.

Aurustumise erisoojus näitab, kui palju soojust on vaja 1 kg antud aine muutmiseks keemistemperatuuril auruks. Eriaurumissoojuse ühik SI-süsteemis:
[L ] = 1 J/kg
Rõhu tõustes tõuseb vedeliku keemistemperatuur ja aurustumise erisoojus väheneb ja vastupidi.

Keemise ajal vedeliku temperatuur ei muutu.
Keemistemperatuur sõltub vedelikule avaldatavast rõhust.
Igal ainel sama rõhu all on oma keemistemperatuur.
Atmosfäärirõhu tõusuga hakkab keema rohkem kõrge temperatuur, vastupidi, kui rõhk väheneb.
Näiteks vesi keeb 100°C juures ainult normaalsel atmosfäärirõhul.

MIS TOIMUB VEDELUSE SEES KEEEMISEL?

Keemine on vedeliku üleminek auruks koos vedelikus pidevate aurumullide tekke ja kasvuga, mille sees vedelik aurustub. Kütmise alguses on vesi õhuga küllastunud ja toatemperatuuril. Vee kuumutamisel eraldub selles lahustunud gaas anuma põhjas ja seintes, moodustades õhumulle. Need hakkavad ilmuma kaua enne keetmist. Vesi aurustub nendeks mullideks. Auruga täidetud mull hakkab piisavalt kõrgel temperatuuril paisuma.

Saanud teatud suuruse, murdub see põhjast lahti, tõuseb veepinnale ja puruneb. Sel juhul lahkub aur vedelikust. Kui vett ei kuumutata piisavalt, kukub külmadesse kihtidesse tõusev aurumull kokku. Sellest tulenevad veekõikumised põhjustavad tohutul hulgal väikeseid õhumulle kogu veekogus: nn valge võti.

Laeva põhjas olevale õhumullile mõjub tõstejõud:
Fpod \u003d Farchimede - gravitatsioon
Mull surutakse põhja, kuna survejõud ei mõju alumisele pinnale. Kuumutamisel mull paisub, kuna sinna eraldub gaas ja murdub põhjast lahti, kui tõstejõud on vajutamisest veidi suurem. Põhjast lahti murduva mulli suurus sõltub selle kujust. Põhjas olevate mullide kuju määrab anuma põhja märguvus.

Ebahomogeensuse niisutamine ja mullide ühinemine põhjas tõi kaasa nende suuruse suurenemise. Kui mull on suur, tekivad selle taha tõustes tühimikud, rebendid ja keerised.

Kui mull lõhkeb, tormab kogu seda ümbritsev vedelik sissepoole ja tekib rõngakujuline laine. Sulgedes viskab ta veesamba püsti.

Kui mullid vedelikus kokku varisevad, levivad ultraheli sagedusega lööklained, millega kaasneb kuuldav müra. Keemise algstaadiumeid iseloomustavad kõige valjemad ja kõrgeimad helid ("valge võtme" etapis veekeetja "laulab").

(allikas: virlib.eunnet.net)

TEMPERATUURI GRAAFIK VEE KOONDOLEKUTES MUUTUSTE

VAATA RAAMATURIIULIT!

HUVITAV

Miks on teekannu kaanes auk?
Auru vabastamiseks. Kui kaanes pole auk, võib aur voolata vett üle veekeetja tila.
___

Kartulite keetmise kestus, alates keetmise hetkest, ei sõltu küttekeha võimsusest. Kestus määratakse toote viibimisaja järgi keemistemperatuuril.
Küttekeha võimsus ei mõjuta keemistemperatuuri, vaid ainult vee aurustumise kiirust.

Keetmine võib vee külmuda. Selleks on vaja vee asukohast anumast õhku ja veeauru välja pumbata, et vesi kogu aeg keeks.

"Potid keevad kergesti üle ääre – halva ilma peale!"
Ilmastiku halvenemisega kaasnev õhurõhu langus on põhjus, miks piim kiiremini "ära jookseb".
___

Väga kuuma keeva vett saab sügavate kaevanduste põhjast, kus õhurõhk on palju suurem kui Maa pinnal. Nii et 300 m sügavusel keeb vesi 101 ͦ C. Õhurõhul 14 atmosfääri keeb vesi 200 ͦ C.
Õhupumba kella all saate 20 °C "keeva vett".
Marsil jooksime "keeva vett" 45 C juures.
Soolane vesi keeb üle 100 ͦ C. ___

Mägistes piirkondades, mis asuvad märkimisväärsel kõrgusel ja madalamal atmosfäärirõhul, keeb vesi temperatuuril alla 100 Celsiuse kraadi.

Sellise söögi valmimise ootamine võtab kauem aega.

Valage see külmaks ... ja see läheb keema!

Tavaliselt keeb vesi 100 kraadi Celsiuse järgi. Kuumutage kolvis olev vesi põleti peal keemiseni. Lülitame põleti välja. Vesi lõpetab keemise. Suleme kolvi korgiga ja hakkame ettevaatlikult korgile külma vett valama. Mis see on? Vesi keeb jälle!

joa all külm vesi natuke vett kolbi ja koos sellega hakkab veeaur jahtuma.
Auru maht väheneb ja rõhk veepinna kohal muutub...
Mis sa arvad, mis suunas?
... Vee keemistemperatuur alandatud rõhul on alla 100 kraadi ja vesi kolvis läheb uuesti keema!
____

Küpsetamise ajal on potis – "survekeedis" - umbes 200 kPa rõhk ja supp valmib sellises potis palju kiiremini.

Võite tõmmata vett süstlasse umbes poole võrra, sulgeda see sama korgiga ja tõmmata järsult kolbi. Vette ilmub palju mullid, mis näitavad, et vee keetmine on alanud (ja see on toatemperatuuril!).
___

Kui aine läheb gaasilisse olekusse, väheneb selle tihedus umbes 1000 korda.
___

Esimestel elektrikateldel olid põhja all küttekehad. Vesi ei puutunud kerisega kokku ja kees väga kaua. 1923. aastal tegi Arthur Large avastuse: ta asetas spetsiaalsesse vasktorusse küttekeha ja asetas selle veekeetja sisse. Vesi kees kiiresti.

USA-s on välja töötatud isejahtuvad karastusjookide purgid. Purki on paigaldatud madalal temperatuuril keeva vedelikuga kamber. Kui purustate kapsli palaval päeval, hakkab vedelik kiiresti keema, võttes purgi sisult soojuse ära ja 90 sekundiga langeb joogi temperatuur 20-25 kraadi võrra.

MIKS?

Kas arvate, et muna on võimalik kõvaks keeta, kui vesi keeb alla 100 kraadi Celsiuse järgi?
____

Kas vesi keeb potis, mis ujub teises keeva vee potis?
Miks? ___

Kas on võimalik vett keema panna ilma seda kuumutamata?