Norint palaikyti vandens (ar kito skysčio) virimą, į jį turi būti nuolat tiekiama šiluma, pavyzdžiui, kaitinant degikliu. Tokiu atveju vandens ir indo temperatūra nekyla, tačiau kiekvienam laiko vienetui susidaro tam tikras garų kiekis. Iš to išplaukia, kad vandeniui paversti garais reikalingas šilumos antplūdis, lygiai taip pat, kai kristalas (ledas) virsta skysčiu (§ 269). Šilumos kiekis, reikalingas skysčio masės vienetui paversti tos pačios temperatūros garais, vadinamas specifine tam tikro skysčio garavimo šiluma. Jis išreiškiamas džauliais kilogramui.

Nesunku suprasti, kad garams kondensuojantis į skystį, turėtų išsiskirti tiek pat šilumos. Išties, vamzdelį, prijungtą prie katilo, nuleiskime į stiklinę vandens (488 pav.). Praėjus kuriam laikui po šildymo pradžios, iš vamzdžio galo, panardinto į vandenį, pradės kilti oro burbuliukai. Šis oras labai nepakelia vandens temperatūros. Tada vanduo katile užvirs, po to matysime, kad iš vamzdžio galo išeinantys burbuliukai nebekyla aukštyn, o greitai mažėja ir su aštriu garsu išnyksta. Tai garų burbuliukai, kondensuojantys į vandenį. Kai tik iš katilo vietoj oro išeis garai, vanduo pradės greitai kaisti. Kadangi garo savitoji šiluminė talpa yra maždaug tokia pati kaip oro, iš šio stebėjimo matyti, kad toks greitas vandens įkaista būtent dėl ​​garų kondensacijos.

Ryžiai. 488. Kol iš katilo išeina oras, termometras rodo beveik tokią pat temperatūrą. Kai vietoj oro išeina garai ir pradeda kondensuotis stikle, termometras greitai pakils, o tai rodo temperatūros padidėjimą

Kai vienetinė garų masė kondensuojasi į tokios pat temperatūros skystį, išsiskiria šilumos kiekis, lygus savitajai garavimo šilumai. Tai buvo galima numatyti remiantis energijos tvermės dėsniu. Iš tiesų, jei taip nebūtų, būtų galima sukurti mašiną, kurioje skystis pirmiausia išgaruotų, o paskui kondensuotųsi: skirtumas tarp garavimo šilumos ir kondensacijos šilumos reikštų bendros visų kūnų energijos padidėjimą. dalyvaujantys nagrinėjamame procese. Ir tai prieštarauja energijos tvermės dėsniui.

Savitąją garavimo šilumą galima nustatyti naudojant kalorimetrą, panašiai kaip tai daroma nustatant savitąją lydymosi šilumą (§ 269). Supilkime į kalorimetrą tam tikrą kiekį vandens ir pamatuokime jo temperatūrą. Tada kurį laiką iš katilo į vandenį įvesime bandomojo skysčio garus, imdamiesi priemonių, kad išeitų tik garai, be skysčio lašelių. Tam garai praleidžiami per garų kamerą (489 pav.). Po to vėl išmatuojame vandens temperatūrą kalorimetre. Pasvėrę kalorimetrą, pagal jo masės padidėjimą galime spręsti apie garų kiekį, kuris kondensavosi į skystį.

Ryžiai. 489. Garintuvas – kartu su garais judančių vandens lašelių sulaikymo įrenginys

Naudojant energijos tvermės dėsnį, galima sukurti šio proceso šilumos balanso lygtį, kuri leidžia nustatyti specifinę vandens garavimo šilumą. Tegul vandens masė kalorimetre (įskaitant kalorimetro vandens ekvivalentą) yra lygi garų masei - , vandens šiluminei talpai - , pradinei ir galutinei vandens temperatūrai kalorimetre - ir virimo temperatūrai vanduo – ir savitoji garavimo šiluma – . Šilumos balanso lygtis turi formą

.

Kai kurių skysčių savitosios garavimo šilumos esant normaliam slėgiui nustatymo rezultatai pateikti lentelėje. 20. Kaip matote, šis karštis yra gana didelis. Didelė vandens garavimo šiluma gamtoje vaidina nepaprastai svarbų vaidmenį, nes gamtoje vyksta didžiuliai garavimo procesai.

20 lentelė. Kai kurių skysčių savitoji garavimo šiluma

Atkreipkite dėmesį, kad lentelėje pateiktos specifinės garavimo šilumos vertės reiškia virimo temperatūrą esant normaliam slėgiui. Jeigu skystis užverda arba tiesiog išgaruoja esant kitokiai temperatūrai, tai jo specifinė garavimo šiluma skiriasi. Kylant skysčio temperatūrai, garavimo šiluma visada mažėja. To paaiškinimą panagrinėsime vėliau.

295.1. Nustatykite šilumos kiekį, reikalingą pašildyti 20 g vandens iki virimo temperatūros ir paversti jį garais.

295.2. Kokia temperatūra bus gaunama, jei į stiklinę, kurioje yra 200 g vandens, įpilama 3 g garų? Nepaisykite stiklo šiluminės talpos.

Šioje pamokoje atkreipsime dėmesį į šį garinimo būdą, pavyzdžiui, virimą, aptarsime jo skirtumus nuo anksčiau aptarto garinimo proceso, pristatysime tokią reikšmę kaip virimo temperatūra ir aptarsime, nuo ko ji priklauso. Pamokos pabaigoje supažindinsime su labai svarbiu garavimo procesą apibūdinančiu dydžiu – specifine garavimo ir kondensacijos šiluma.

Tema: agreguotos medžiagos būsenos

Pamoka: Virimas. Savitoji garavimo ir kondensacijos šiluma

Paskutinėje pamokoje jau apžvelgėme vieną iš garų susidarymo rūšių – garavimą – ir pabrėžėme šio proceso savybes. Šiandien aptarsime šį garinimo tipą, virimo procesą ir pristatysime vertę, kuri skaitiniu būdu apibūdina garinimo procesą – savitąją garavimo ir kondensacijos šilumą.

Apibrėžimas.Virimas(1 pav.) – tai intensyvaus skysčio perėjimo į dujinę būseną procesas, lydimas garų burbuliukų susidarymo ir vykstantis visame skysčio tūryje tam tikroje temperatūroje, kuri vadinama virimo temperatūra.

Palyginkime du garinimo tipus tarpusavyje. Virimo procesas yra intensyvesnis nei garinimo procesas. Be to, kaip prisimename, garavimo procesas vyksta bet kurioje temperatūroje, viršijančioje lydymosi tašką, o virimo procesas griežtai tam tikroje temperatūroje, kuri kiekvienai medžiagai skiriasi ir vadinama virimo temperatūra. Taip pat reikia atkreipti dėmesį į tai, kad garavimas vyksta tik nuo laisvo skysčio paviršiaus, t.y. nuo zonos, skiriančios jį nuo aplinkinių dujų, o virimas įvyksta iš viso tūrio iš karto.

Pažvelkime į virimo procesą išsamiau. Įsivaizduokime situaciją, su kuria daugelis iš mūsų ne kartą yra susidūrę – vandens kaitinimą ir verdymą inde, pavyzdžiui, puode. Šildymo metu tam tikras šilumos kiekis bus perduotas vandeniui, todėl padidės jo vidinė energija ir padidės molekulinio judėjimo aktyvumas. Šis procesas tęsis iki tam tikro etapo, kol molekulinio judėjimo energijos pakaks virti.

Vandenyje yra ištirpusių dujų (ar kitų priemaišų), kurios išsiskiria jo struktūroje, todėl susidaro vadinamieji garavimo centrai. Tai yra, būtent šiuose centruose pradeda išsiskirti garai, o visame vandens tūryje susidaro burbuliukai, kurie stebimi verdant. Svarbu suprasti, kad šiuose burbuluose yra ne oras, o garai, kurie susidaro virimo metu. Susidarius burbuliukams, garų kiekis juose didėja, jie pradeda didėti. Dažnai burbuliukai iš pradžių susidaro šalia indo sienelių ir iš karto nepakyla į paviršių; pirmiausia, didėjant dydžiui, juos veikia didėjanti Archimedo jėga, o vėliau jie atitrūksta nuo sienos ir iškyla į paviršių, kur sprogsta ir išleidžia dalį garų.

Verta paminėti, kad ne visi garų burbuliukai iš karto pasiekia laisvą vandens paviršių. Virimo proceso pradžioje vanduo dar neįkaista tolygiai ir apatiniai sluoksniai, šalia kurių tiesiogiai vyksta šilumos perdavimo procesas, net ir atsižvelgiant į konvekcinį procesą, yra dar karštesni nei viršutiniai. Tai lemia tai, kad iš apačios kylantys garų burbuliukai subyra dėl paviršiaus įtempimo reiškinio, nepasiekę laisvo vandens paviršiaus. Tokiu atveju garai, buvę burbuliukų viduje, patenka į vandenį, taip dar labiau jį kaitindami ir paspartindami vienodo vandens kaitinimo visame tūryje procesą. Dėl to, vandeniui įšylant beveik tolygiai, beveik visi garų burbuliukai pradeda pasiekti vandens paviršių ir prasideda intensyvaus garų susidarymo procesas.

Svarbu pabrėžti, kad temperatūra, kurioje vyksta virimo procesas, išlieka nepakitusi net padidinus šilumos tiekimo skysčiui intensyvumą. Paprastais žodžiais tariant, jei virimo metu įpilsite dujų į degiklį, kuris šildo vandens keptuvę, tai tik padidins virimo intensyvumą, o ne padidins skysčio temperatūrą. Jei rimčiau įsigilintume į virimo procesą, verta pastebėti, kad vandenyje atsiranda vietų, kuriose jis gali perkaisti virš virimo temperatūros, tačiau tokio perkaitimo kiekis, kaip taisyklė, neviršija vieno ar poros laipsnių. ir yra nereikšmingas bendrame skysčio tūryje. Vandens virimo temperatūra esant normaliam slėgiui yra 100 ° C.

Verdant vandenį galite pastebėti, kad jį lydi būdingi vadinamojo virtimo garsai. Šie garsai kyla būtent dėl ​​aprašyto garų burbuliukų subyrėjimo proceso.

Kitų skysčių virimo procesai vyksta taip pat, kaip ir vandens virimas. Pagrindinis šių procesų skirtumas yra skirtingos medžiagų virimo temperatūros, kurios esant normaliam atmosferos slėgiui jau yra išmatuotos lentelės reikšmės. Lentelėje nurodome pagrindines šių temperatūrų vertes.

Įdomus faktas yra tai, kad skysčių virimo temperatūra priklauso nuo atmosferos slėgio vertės, todėl nurodėme, kad visos lentelėje pateiktos vertės pateiktos esant normaliam atmosferos slėgiui. Kai oro slėgis didėja, skysčio virimo temperatūra taip pat didėja, kai jis mažėja, priešingai, jis mažėja.

Tokio gerai žinomo virtuvės prietaiso kaip greitpuodis veikimo principas pagrįstas šia virimo temperatūros priklausomybe nuo aplinkos slėgio (2 pav.). Tai keptuvė su sandariai užsidengiančiu dangčiu, po kuria vandens garinimo proceso metu oro slėgis su garais siekia iki 2 atmosferos slėgio, dėl to vandens virimo temperatūra joje pakyla iki . Dėl šios priežasties vanduo ir jame esantis maistas turi galimybę įkaisti iki aukštesnės nei įprastai temperatūros (), o gaminimo procesas paspartėja. Dėl šio efekto įrenginys gavo savo pavadinimą.

Ryžiai. 2. Greitpuodis ()

Situacija, kai sumažėjusi skysčio virimo temperatūra sumažėjus atmosferos slėgiui, taip pat turi pavyzdį iš gyvenimo, tačiau daugeliui žmonių jau nebe kasdien. Šis pavyzdys tinka alpinistų kelionėms aukštuose kalnuose. Pasirodo, vietovėse, esančiose 3000–5000 m aukštyje, vandens virimo temperatūra dėl sumažėjusio atmosferos slėgio sumažėja iki žemesnių verčių, o tai sukelia sunkumų ruošiant maistą žygiuose, nes norint efektyviai apdoroti maistą produktų Šiuo atveju tai užtrunka žymiai ilgiau nei įprastomis sąlygomis. Maždaug 7000 m aukštyje vandens virimo temperatūra pasiekia , todėl daugelio produktų tokiomis sąlygomis virti neįmanoma.

Kai kurios medžiagų atskyrimo technologijos pagrįstos tuo, kad skirtingų medžiagų virimo temperatūra skiriasi. Pavyzdžiui, jei atsižvelgsime į šildymo alyvą, kuri yra sudėtingas skystis, susidedantis iš daugelio komponentų, tada virimo metu jis gali būti suskirstytas į keletą skirtingų medžiagų. Šiuo atveju dėl to, kad skiriasi žibalo, benzino, benzino ir mazuto virimo temperatūra, jie gali būti atskirti vienas nuo kito garinant ir kondensuojantis esant skirtingoms temperatūroms. Šis procesas paprastai vadinamas frakcionavimu (3 pav.).

Ryžiai. 3 Aliejaus padalijimas į frakcijas ()

Kaip ir bet kuris fizinis procesas, virimas turi būti apibūdintas naudojant tam tikrą skaitinę reikšmę, ši vertė vadinama specifine garavimo šiluma.

Norėdami suprasti fizinę šios vertės reikšmę, apsvarstykite šį pavyzdį: paimkite 1 kg vandens ir užvirkite, tada išmatuokite, kiek šilumos reikia, kad šis vanduo visiškai išgaruotų (neatsižvelgiant į šilumos nuostolius) - ši vertė bus lygi savitajai vandens garavimo šilumai. Kitai medžiagai ši šiluminė vertė bus kitokia ir bus specifinė šios medžiagos garavimo šiluma.

Savitoji garavimo šiluma yra labai svarbi šiuolaikinių metalo gamybos technologijų savybė. Pasirodo, kad, pavyzdžiui, geležies lydymosi ir garinimo metu su vėlesniu jos kondensavimu ir kietėjimu susidaro kristalinė gardelė, kurios struktūra suteikia didesnį stiprumą nei pradinis mėginys.

Paskyrimas: savitoji garavimo ir kondensacijos šiluma (kartais žymima ).

Matavimo vienetas: .

Specifinė medžiagų garavimo šiluma nustatoma laboratoriniais eksperimentais, o pagrindinių medžiagų jos reikšmės nurodytos atitinkamoje lentelėje.

Šios žinios greitai išnyksta, ir pamažu žmonės nustoja kreipti dėmesį į pažįstamų reiškinių esmę. Kartais pravartu prisiminti teorines žinias.

Apibrėžimas

Kas yra verda? Tai fizinis procesas, kurio metu vyksta intensyvus garavimas tiek laisvajame skysčio paviršiuje, tiek jo struktūros viduje. Vienas iš virimo požymių yra burbuliukų, susidedančių iš sočiųjų garų ir oro, susidarymas.

Verta paminėti, kad egzistuoja toks dalykas kaip virimo temperatūra. Garų susidarymo greitis taip pat priklauso nuo slėgio. Jis turi būti nuolatinis. Paprastai pagrindinė skystųjų cheminių medžiagų savybė yra jų virimo temperatūra esant normaliam atmosferos slėgiui. Tačiau šiam procesui įtakos gali turėti ir tokie veiksniai kaip garso bangų intensyvumas ir oro jonizacija.

Vandens virimo etapai

Garai tikrai pradės formuotis atliekant tokią procedūrą kaip kaitinimas. Virimas apima skysčio pratekėjimą per 4 etapus:

1. Indo apačioje, taip pat ant jo sienelių pradeda formuotis maži burbuliukai. Taip yra dėl to, kad medžiagos, iš kurios pagamintas indas, plyšiuose yra oro, kuris plečiasi veikiant aukštai temperatūrai.
2. Burbuliukų tūris pradeda didėti, todėl jie sprogsta į vandens paviršių. Jei viršutinis skysčio sluoksnis dar nepasiekė virimo temperatūros, ertmės nusileidžia į apačią, o po to vėl pradeda siekti aukštyn. Dėl šio proceso susidaro garso bangos. Štai kodėl mes girdime triukšmą, kai vanduo verda.
3. Didžiausias burbuliukų skaičius išplaukia į paviršių, todėl susidaro įspūdis, kad skystis po to pasidaro blyškus. Atsižvelgiant į vizualinį efektą, šis virimo etapas vadinamas „baltuoju raktu“.
4. Pastebimas intensyvus virpėjimas, kurį lydi didelių burbuliukų, kurie greitai sprogsta, susidarymas. Šį procesą lydi purslų atsiradimas, taip pat intensyvus garų susidarymas.

Savitoji garavimo šiluma

Beveik kiekvieną dieną susiduriame su tokiu reiškiniu kaip virimas. Savitoji garavimo šiluma yra fizikinis dydis, lemiantis šilumos kiekį. Su jo pagalba skysta medžiaga gali būti paversta garais. Norint apskaičiuoti šį parametrą, garavimo šilumą reikia padalyti iš masės.

Kaip vyksta matavimas?

Specifinis rodiklis matuojamas laboratorinėmis sąlygomis, atliekant atitinkamus eksperimentus. Jie apima:

• išmatuojamas reikiamas skysčio kiekis, kuris supilamas į kalorimetrą;
• atliekamas pirminis vandens temperatūros matavimas;
• ant degiklio sumontuojama kolba su anksčiau įdėta tiriamąja medžiaga;
• bandomosios medžiagos išskiriami garai paleidžiami į kalorimetrą;
• pakartotinai išmatuojama vandens temperatūra;
• Kalorimetras pasveriamas, todėl galima apskaičiuoti kondensuotų garų masę.

Burbulinio virimo režimas

Sprendžiant klausimą, kas yra virimas, verta paminėti, kad jis turi keletą režimų. Taigi, kaitinant, garai gali susidaryti burbuliukų pavidalu. Jie periodiškai auga ir sprogsta. Šis virimo režimas vadinamas branduoliniu virimu. Paprastai ertmės, užpildytos garais, susidaro būtent ties indo sienelėmis. Taip yra dėl to, kad jie dažniausiai būna perkaitinti. Tai būtina virimo sąlyga, nes kitaip burbuliukai subyrės nepasiekdami didelių dydžių.

Plėvelės virimo režimas

Kas yra verda? Lengviausias būdas paaiškinti šį procesą yra garinimas esant tam tikrai temperatūrai ir pastoviam slėgiui. Be burbulo režimo, yra ir filmavimo režimas. Jo esmė slypi tame, kad padidėjus šilumos srautui atskiri burbuliukai susijungia ir sudaro garų sluoksnį ant indo sienelių. Pasiekus kritinį rodiklį, jie prasiskverbia į vandens paviršių. Šis virimo režimas skiriasi tuo, kad žymiai sumažėja šilumos perdavimo iš indo sienelių į patį skystį laipsnis. To priežastis – ta pati garų plėvelė.

Virimo temperatūra

Verta paminėti, kad virimo temperatūra priklauso nuo slėgio, veikiančio šildomo skysčio paviršių. Taigi visuotinai priimta, kad vanduo užverda, kai įkaista iki 100 laipsnių Celsijaus. Tačiau šis rodiklis gali būti laikomas teisingu tik tuo atveju, jei atmosferos slėgis laikomas normaliu (101 kPa). Jei jis padidės, virimo temperatūra taip pat pasikeis aukštyn. Pavyzdžiui, populiariose greitpuodėse slėgis yra apie 200 kPa. Taigi virimo temperatūra padidėja 20 taškų (iki 20 laipsnių).

Žemo atmosferos slėgio pavyzdys yra kalnuotos vietovės. Taigi, atsižvelgiant į tai, kad jis ten yra gana mažas, vanduo pradeda virti maždaug 90 laipsnių temperatūroje. Tokių vietovių gyventojams maisto ruošimui tenka skirti kur kas daugiau laiko. Taigi, pavyzdžiui, norint išvirti kiaušinį, vandenį teks pašildyti bent 100 laipsnių, antraip baltymas nesukrešės.

Medžiagos virimo temperatūra priklauso nuo sočiųjų garų slėgio. Jo poveikis temperatūrai yra atvirkščiai proporcingas. Pavyzdžiui, gyvsidabris užverda kaitinant iki 357 laipsnių Celsijaus. Tai galima paaiškinti tuo, kad sočiųjų garų slėgis yra tik 114 Pa (vandeniui šis skaičius yra 101 325 Pa).

Virimas skirtingomis sąlygomis

Priklausomai nuo sąlygų ir skysčio būklės, virimo temperatūra gali labai skirtis. Pavyzdžiui, į skystį verta įberti druskos. Chloro ir natrio jonai yra tarp vandens molekulių. Taigi virimui reikia daugiau energijos ir atitinkamai daugiau laiko. Be to, toks vanduo gamina daug mažiau garų.

Virdulys namuose naudojamas vandens virimui. Jei naudojamas grynas skystis, šio proceso temperatūra yra standartinė 100 laipsnių. Panašiomis sąlygomis distiliuotas vanduo užverda. Tačiau tai užtruks šiek tiek mažiau laiko, nes nėra pašalinių priemaišų.

Kuo skiriasi virinimas ir garinimas?

Kai vanduo užverda, į atmosferą patenka garai. Tačiau šių dviejų procesų neįmanoma nustatyti. Tai tik garinimo būdai, kurie vyksta tam tikromis sąlygomis. Taigi, virimas yra pirmos rūšies. Šis procesas yra intensyvesnis, nei sukelia garų kišenių susidarymas. Taip pat verta paminėti, kad garavimo procesas vyksta tik vandens paviršiuje. Virimas apima visą skysčio tūrį.

Nuo ko priklauso garavimas?

Garinimas yra skystos arba kietos medžiagos pavertimo dujine būsena procesas. Vyksta atomų ir molekulių „skrydis“, kurių ryšys su kitomis dalelėmis tam tikromis sąlygomis susilpnėja. Garavimo greitis gali skirtis dėl šių veiksnių:

• skysčio paviršiaus plotas;
• pačios medžiagos, taip pat aplinkos temperatūra;
• molekulių judėjimo greitis;
• medžiagos tipas.

Verdančio vandens energiją žmonės plačiai naudoja kasdieniame gyvenime. Šis procesas tapo toks įprastas ir pažįstamas, kad niekas nesusimąsto apie jo prigimtį ir ypatybes. Nepaisant to, su virimu siejama keletas įdomių faktų:

• Tikriausiai visi pastebėjo, kad virdulio dangtelyje yra skylė, tačiau mažai kas susimąsto apie jos paskirtį. Tai daroma siekiant iš dalies išleisti garą. Priešingu atveju pro snapelį gali išsitaškyti vanduo.
• Bulvių, kiaušinių ir kitų maisto produktų kepimo trukmė nepriklauso nuo šildytuvo galingumo. Svarbu tik tai, kiek laiko jie buvo veikiami verdančiu vandeniu.
• Tokiam indikatoriui kaip virimo temperatūra neturi jokios įtakos šildymo įrenginio galia. Tai gali turėti įtakos tik skysčio išgaravimo greičiui.
• Virimas – tai ne tik vandens šildymas. Šis procesas taip pat gali sukelti skysčio užšalimą. Taigi, virimo metu būtina nuolat pumpuoti orą iš indo.
• Viena iš opiausių namų šeimininkių problemų yra ta, kad pienas gali „pabėgti“. Taigi, šio reiškinio rizika žymiai padidėja blogėjant orams, kuriuos lydi atmosferos slėgio kritimas.
• Karščiausias verdantis vanduo gaunamas giliose požeminėse kasyklose.
• Atlikdami eksperimentinius tyrimus, mokslininkai sugebėjo nustatyti, kad Marse vanduo užverda 45 laipsnių Celsijaus temperatūroje.

Ar vanduo gali virti kambario temperatūroje?

Atlikdami paprastus skaičiavimus, mokslininkai sugebėjo nustatyti, kad vanduo gali užvirti stratosferos lygyje. Panašias sąlygas galima atkurti naudojant vakuuminį siurblį. Nepaisant to, panašų eksperimentą galima atlikti paprastesnėmis, kasdieniškesnėmis sąlygomis.

Litro kolboje reikia užvirinti 200 ml vandens, o pripildžius indą garais, jį reikia sandariai uždaryti ir nukelti nuo ugnies. Padėję jį virš kristalizatoriaus, turite palaukti, kol baigsis virimo procesas. Tada kolba užpilama šaltu vandeniu. Po to inde vėl prasidės intensyvus virimas. Taip yra dėl to, kad esant žemai temperatūrai, garai, esantys viršutinėje kolbos dalyje, nusileidžia.

Visi žino, kad vanduo virdulyje užverda 100˚C temperatūroje. Bet ar pastebėjote, kad virimo metu vandens temperatūra nekinta? Kyla klausimas – kur dingsta pagaminta energija, jei nuolat degame indą? Jis paverčia skystį garais. Taigi, kad vanduo virstų dujine būsena, reikalingas nuolatinis šilumos tiekimas. Kiek jo reikia kilogramui skysčio paversti tokios pat temperatūros garais, nustatoma pagal fizikinį dydį, vadinamą specifine vandens garavimo šiluma.

Fizinė kiekio reikšmė

Virimui reikia energijos. Didžioji jo dalis naudojama cheminiams ryšiams tarp atomų ir molekulių nutraukti, dėl to susidaro garų burbuliukai, o mažesnė dalis naudojama garams plėsti, tai yra, kad susidarę burbulai galėtų sprogti ir jį išleisti. Kadangi skystis visą savo energiją perkelia į dujinę būseną, jo „jėgos“ išsenka. Norint nuolat atnaujinti energiją ir pailginti virimą, į indą su skysčiu reikia tiekti vis daugiau šilumos. Jo tiekimą gali užtikrinti katilas, dujinis degiklis ar bet koks kitas šildymo įrenginys. Verdant skysčio temperatūra nepadidėja esant tokiai pat temperatūrai.

Skirtingiems skysčiams reikalingas skirtingas šilumos kiekis, kad jis virstų garais. Kurią parodo savitoji garavimo šiluma.

Galite suprasti, kaip ši vertė nustatoma iš pavyzdžio. Paimkite 1 litrą vandens ir užvirinkite. Tada išmatuojame šilumos kiekį, reikalingą visam skysčiui išgarinti, ir gauname vandens savitosios garavimo šilumos vertę. Kitų cheminių junginių atveju šis skaičius bus kitoks.

Fizikoje savitoji garavimo šiluma žymima lotyniška raide L. Ji matuojama džauliais kilogramui (J/kg). Jį galima gauti padalijus išgaravimui sunaudotą šilumą iš skysčio masės:

Ši vertė labai svarbi šiuolaikinėmis technologijomis paremtiems gamybos procesams. Pavyzdžiui, metalų gamyboje jie tam skiria didžiausią dėmesį. Paaiškėjo, kad išlydžius geležį ir po to kondensuojant, toliau kietėjant susidaro stipresnė kristalinė gardelė.

Kam jis lygus

Laboratorinių tyrimų metu nustatyta įvairių medžiagų savitoji šiluminė vertė (r). Normalaus atmosferos slėgio vanduo verda 100 °C temperatūroje, o vandens garavimo šiluma yra 2258,2 kJ/kg. Šis rodiklis kai kurioms kitoms medžiagoms pateiktas lentelėje:

Tačiau šis rodiklis gali keistis dėl tam tikrų veiksnių:

1. Temperatūra. Jai didėjant, garavimo šiluma mažėja ir gali būti lygi nuliui.
   

   t, °C	r, kJ/kg
   	2500
   10	2477
   20	2453
   50	2380
   80	2308
   100	2258
   200	1940
   300	1405
   374	115
   374,15

2. Spaudimas. Mažėjant slėgiui, didėja garavimo šiluma, ir atvirkščiai. Virimo temperatūra yra tiesiogiai proporcinga slėgiui ir gali pasiekti kritinę 374 °C vertę.

   p, Pa	t virimo., °C	r, kJ/kg
   0,0123	10	2477
   0,1234	50	2380
   1	100	2258
   2	120	2202
   5	152	2014
   10	180	1889
   20	112	1638
   50	264	1638
   100	311	1316
   200	366	585
   220	373,7	184,8
   Kritinis 221,29	374,15	-

3. Medžiagos masė. Procese dalyvaujančios šilumos kiekis yra tiesiogiai proporcingas susidarančių garų masei.

Ryšys tarp garavimo ir kondensacijos

Fizikai išsiaiškino, kad garavimui priešingas procesas – kondensacija – garai išleidžia lygiai tiek pat energijos, kiek buvo panaudota jam susidaryti. Šis pastebėjimas patvirtina energijos tvermės dėsnį.

Priešingu atveju būtų galima sukurti instaliaciją, kurioje skystis išgaruotų, o vėliau kondensuotųsi. Skirtumas tarp šilumos, reikalingos garavimui, ir šilumos, kurios pakanka kondensacijai, lemtų energijos kaupimą, kurį būtų galima panaudoti kitiems tikslams. Iš esmės būtų sukurtas amžinasis variklis. Tačiau tai prieštarauja fiziniams dėsniams, o tai reiškia, kad tai neįmanoma.

Kaip jis matuojamas?

1. Specifinė vandens garavimo šiluma matuojama eksperimentiškai fizinėse laboratorijose. Tam naudojami kalorimetrai. Procedūra atrodo taip:
2. Į kalorimetrą pilamas tam tikras skysčio kiekis.

Specifinė šiluminė talpa

Savitoji šiluma yra šilumos kiekis džauliais (J), reikalingas medžiagos temperatūrai pakelti. Specifinė šiluminė talpa yra temperatūros funkcija. Dujoms būtina atskirti savitąją šiluminę talpą esant pastoviam slėgiui ir pastoviam tūriui.

Savitoji lydymosi šiluma

Kietosios medžiagos savitoji lydymosi šiluma yra šilumos kiekis J, kurio reikia norint 1 kg medžiagos iš kietos medžiagos paversti skystu jos lydymosi temperatūroje.

Latentinė garavimo šiluma

Skysčio latentinė garavimo šiluma yra šilumos kiekis J, kurio reikia 1 kg skysčio išgarinti jo virimo temperatūroje. Latentinė garavimo šiluma labai priklauso nuo slėgio. Pavyzdys: Jei indas, kuriame yra 1 kg 100°C (jūros lygis) vandens, šildomas, vanduo sugers 1023 kJ latentinės šilumos, nepakitus termometro rodmeniui. Tačiau agregacijos būsena pasikeis iš skysčio į garus. Vandens sugeriama šiluma vadinama latentine garavimo šiluma.

Garas išlaikys 1023 kJ, nes šios energijos reikėjo norint pakeisti agregacijos būseną.

Latentinė kondensacijos šiluma

1. Atvirkščiai, pašalinus šilumą iš 1 kg vandens garų 100°C temperatūroje (jūros lygyje), garai išskirs 1023 kJ šilumos nekeičiant termometro rodmens. Tačiau agregacijos būsena pasikeis iš garų į skystį. Vandens sugeriama šiluma vadinama latentine kondensacijos šiluma.

Šiluminiai matavimai

Temperatūra arba šilumos INTENSITETAS matuojamas termometru. Daugelis šiame vadove nurodytų temperatūrų yra išreikštos Celsijaus laipsniais (C), tačiau kartais naudojami Farenheito laipsniai (F).

Temperatūros reikšmė mums nurodo tik šilumos intensyvumą arba JAUTRINĮ ŠILUMĄ, o ne tikrąjį šilumos kiekį. Žmogui patogi temperatūra svyruoja nuo 21 iki 27°C. Šiame temperatūros diapazone žmogus jaučiasi patogiausiai. Kai bet kokia temperatūra yra aukštesnė arba žemesnė už šį diapazoną, žmogus ją suvokia kaip šiltą arba šaltą. Moksle yra „absoliutaus nulio“ sąvoka - temperatūra, kuriai esant visa šiluma pašalinama iš kūno. Absoliutaus nulio temperatūra apibrėžiama kaip –273°C. Bet kuri medžiaga, kurios temperatūra aukštesnė už absoliutų nulį, turi tam tikrą šilumos kiekį. Norint suprasti oro kondicionavimo pagrindus, taip pat būtina suprasti ryšį tarp slėgio, temperatūros ir medžiagos būsenos. Mūsų planeta yra apsupta oro, kitaip tariant, dujų. Slėgis dujose visomis kryptimis perduodamas vienodai. Mus supančios dujos susideda iš 21% deguonies ir 78% azoto.