สูตรการกลายเป็นไอ เดือด. ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ในบทนี้ เราจะให้ความสนใจกับการระเหยประเภทนี้ เช่น การเดือด อภิปรายการความแตกต่างจากขั้นตอนการระเหยที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ แนะนำค่าต่างๆ เช่น อุณหภูมิจุดเดือด และอภิปรายว่าขึ้นอยู่กับอะไร ในตอนท้ายของบทเรียน เราจะแนะนำปริมาณที่สำคัญมากซึ่งอธิบายกระบวนการกลายเป็นไอ - ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอและการควบแน่น

หัวข้อ: สถานะรวมของสสาร

บทเรียน: การเดือด ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอและการควบแน่น

ในบทเรียนที่แล้ว เราได้ศึกษาการก่อตัวของไอประเภทหนึ่งแล้ว ซึ่งก็คือ การระเหย และได้เน้นย้ำถึงคุณสมบัติของกระบวนการนี้ วันนี้เราจะมาพูดถึงการกลายเป็นไอประเภทนี้ กระบวนการเดือด และแนะนำค่าที่แสดงลักษณะเชิงตัวเลขของกระบวนการกลายเป็นไอ - ความร้อนจำเพาะการกลายเป็นไอและการควบแน่น

คำนิยาม.เดือด(รูปที่ 1) เป็นกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงของของเหลวไปสู่สถานะก๊าซพร้อมกับการก่อตัวของฟองไอและเกิดขึ้นตลอดปริมาตรของของเหลวทั้งหมดที่อุณหภูมิหนึ่งซึ่งเรียกว่าจุดเดือด

ลองเปรียบเทียบการกลายเป็นไอทั้งสองประเภทด้วยกัน กระบวนการเดือดมีความเข้มข้นมากกว่ากระบวนการระเหย นอกจากนี้ ดังที่เราจำได้ว่า กระบวนการระเหยเกิดขึ้นที่อุณหภูมิใดๆ ที่สูงกว่าจุดหลอมเหลว และกระบวนการเดือดอย่างเคร่งครัดที่อุณหภูมิที่กำหนด ซึ่งจะแตกต่างกันไปในแต่ละสารและเรียกว่าจุดเดือด ควรสังเกตด้วยว่าการระเหยเกิดขึ้นจากพื้นผิวอิสระของของเหลวเท่านั้นนั่นคือจากบริเวณที่แยกออกจากก๊าซโดยรอบและการเดือดเกิดขึ้นจากปริมาตรทั้งหมดในคราวเดียว

มาดูขั้นตอนการต้มกันดีกว่า ลองจินตนาการถึงสถานการณ์ที่พวกเราหลายคนต้องเผชิญซ้ำแล้วซ้ำเล่า - การทำความร้อนและต้มน้ำในภาชนะบางประเภท เช่น กระทะ ในระหว่างการทำความร้อนความร้อนจำนวนหนึ่งจะถูกถ่ายโอนไปยังน้ำซึ่งจะทำให้ความร้อนเพิ่มขึ้น กำลังภายในและการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมการเคลื่อนที่ของโมเลกุล กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนถึงระยะหนึ่ง จนกระทั่งพลังงานการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเพียงพอที่จะเริ่มเดือด

น้ำประกอบด้วยก๊าซละลาย (หรือสิ่งเจือปนอื่น ๆ) ที่ถูกปล่อยออกมาในโครงสร้าง ซึ่งนำไปสู่สิ่งที่เรียกว่าศูนย์การกลายเป็นไอ นั่นคืออยู่ในศูนย์เหล่านี้ที่ไอน้ำเริ่มถูกปล่อยออกมาและฟองจะก่อตัวขึ้นทั่วทั้งปริมาตรน้ำซึ่งสังเกตได้ในระหว่างการเดือด สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าฟองเหล่านี้ไม่มีอากาศ แต่มีไอน้ำเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเดือด หลังจากการก่อตัวของฟองอากาศ ปริมาณไอน้ำในนั้นจะเพิ่มขึ้น และเริ่มมีขนาดเพิ่มขึ้น บ่อยครั้งที่ฟองสบู่ก่อตัวขึ้นใกล้ผนังของภาชนะและไม่ลอยขึ้นสู่ผิวน้ำในทันที ประการแรก การเพิ่มขนาด พวกมันอยู่ภายใต้อิทธิพลของพลังที่เพิ่มขึ้นของอาร์คิมิดีส จากนั้นพวกมันก็แยกตัวออกจากกำแพงและขึ้นสู่ผิวน้ำ โดยพวกมันระเบิดและปล่อยไอน้ำส่วนหนึ่งออกมา

เป็นที่น่าสังเกตว่าไม่ใช่ว่าฟองไอน้ำทั้งหมดจะไปถึงผิวน้ำในทันที ในช่วงเริ่มต้นของกระบวนการเดือด น้ำยังไม่ได้รับความร้อนเท่ากัน และชั้นล่างซึ่งใกล้กับกระบวนการถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นโดยตรงจะร้อนกว่าชั้นบนด้วยซ้ำ แม้จะคำนึงถึงกระบวนการพาความร้อนด้วยซ้ำ สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าฟองไอน้ำที่เพิ่มขึ้นจากด้านล่างยุบตัวลงเนื่องจากปรากฏการณ์แรงตึงผิว ก่อนที่จะถึงพื้นผิวอิสระของน้ำ ในกรณีนี้ไอน้ำที่อยู่ภายในฟองสบู่จะผ่านลงไปในน้ำซึ่งจะให้ความร้อนเพิ่มเติมและเร่งกระบวนการให้ความร้อนของน้ำสม่ำเสมอตลอดทั้งปริมาตร ผลก็คือ เมื่อน้ำอุ่นขึ้นเกือบเท่าๆ กัน ฟองไอน้ำเกือบทั้งหมดจะเริ่มขึ้นถึงผิวน้ำ และกระบวนการสร้างไอน้ำเข้มข้นก็เริ่มต้นขึ้น

สิ่งสำคัญคือต้องเน้นความจริงที่ว่าอุณหภูมิที่กระบวนการเดือดเกิดขึ้นยังคงไม่เปลี่ยนแปลงแม้ว่าความเข้มข้นของความร้อนที่จ่ายให้กับของเหลวจะเพิ่มขึ้นก็ตาม ด้วยคำพูดง่ายๆหากในระหว่างกระบวนการเดือดคุณเติมแก๊สลงในเตาที่ให้ความร้อนกับกระทะ สิ่งนี้จะนำไปสู่การเพิ่มความเข้มข้นของการเดือดเท่านั้นและไม่ทำให้อุณหภูมิของของเหลวเพิ่มขึ้น หากเราเจาะลึกกระบวนการเดือดอย่างจริงจังมากขึ้นก็น่าสังเกตว่าบริเวณนั้นปรากฏในน้ำซึ่งสามารถทำให้ร้อนเกินไปเหนือจุดเดือดได้ แต่ตามกฎแล้วปริมาณของความร้อนสูงเกินไปดังกล่าวจะต้องไม่เกินหนึ่งหรือสองสามองศา และมีปริมาตรของเหลวรวมไม่มีนัยสำคัญ จุดเดือดของน้ำที่ ความดันปกติคือ 100°C

ในระหว่างกระบวนการต้มน้ำคุณสามารถสังเกตเห็นว่ามันมาพร้อมกับเสียงลักษณะของสิ่งที่เรียกว่าเดือด เสียงเหล่านี้เกิดขึ้นอย่างแม่นยำเนื่องจากกระบวนการยุบฟองไอน้ำที่อธิบายไว้

กระบวนการเดือดของของเหลวอื่นๆ ดำเนินไปในลักษณะเดียวกับการต้มน้ำ ความแตกต่างที่สำคัญในกระบวนการเหล่านี้คืออุณหภูมิจุดเดือดที่แตกต่างกันของสาร ซึ่งค่าแบบตารางจะวัดที่ความดันบรรยากาศปกติแล้ว เราระบุค่าหลักของอุณหภูมิเหล่านี้ในตาราง

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจก็คือจุดเดือดของของเหลวขึ้นอยู่กับค่า ความดันบรรยากาศซึ่งเป็นเหตุผลที่เราระบุว่าค่าทั้งหมดในตารางจะได้รับที่ความดันบรรยากาศปกติ เมื่อความดันอากาศเพิ่มขึ้น จุดเดือดของของเหลวก็จะเพิ่มขึ้นด้วย แต่เมื่อลดลง ในทางกลับกันก็จะลดลง

ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเดือดกับความดันนี้ สิ่งแวดล้อมตามหลักการทำงานของเครื่องใช้ในครัวที่มีชื่อเสียงเช่นหม้ออัดแรงดัน (รูปที่ 2) เป็นกระทะที่มีฝาปิดแน่นซึ่งในระหว่างกระบวนการนึ่งน้ำความดันอากาศที่มีไอน้ำสูงถึง 2 ความดันบรรยากาศซึ่งทำให้จุดเดือดของน้ำเพิ่มขึ้นเป็น . ด้วยเหตุนี้น้ำและอาหารในนั้นจึงมีโอกาสให้ความร้อนสูงถึงอุณหภูมิที่สูงกว่าปกติ () และกระบวนการปรุงอาหารก็เร่งขึ้น ด้วยเหตุนี้อุปกรณ์จึงได้ชื่อมา

ข้าว. 2. หม้ออัดแรงดัน ()

สถานการณ์ที่มีจุดเดือดของของเหลวลดลงและความดันบรรยากาศลดลงก็มีตัวอย่างจากชีวิตเช่นกัน แต่ไม่ใช่ทุกวันสำหรับหลาย ๆ คนอีกต่อไป ตัวอย่างนี้ใช้กับการเดินทางของนักปีนเขาในพื้นที่ภูเขาสูง ปรากฎว่าในพื้นที่ที่ตั้งอยู่ที่ระดับความสูง 3,000-5,000 ม. จุดเดือดของน้ำเนื่องจากความดันบรรยากาศลดลงจะลดลงเหลือค่าที่ต่ำกว่าซึ่งนำไปสู่ความยากลำบากในการเตรียมอาหารขณะเดินป่าเพราะ เพื่อการบำบัดความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ สินค้าในกรณีนี้จะใช้เวลานานกว่าสภาวะปกติอย่างมาก ที่ระดับความสูงประมาณ 7,000 ม. จุดเดือดของน้ำถึง ซึ่งทำให้ไม่สามารถปรุงผลิตภัณฑ์จำนวนมากในสภาวะดังกล่าวได้

เมื่ออุณหภูมิเดือด สารต่างๆแตกต่างกัน โดยใช้เทคโนโลยีบางอย่างในการแยกสาร ตัวอย่างเช่น หากเราพิจารณาน้ำมันให้ความร้อนซึ่งเป็นของเหลวเชิงซ้อนที่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่าง ในระหว่างกระบวนการเดือด ก็สามารถแบ่งออกเป็นสารต่างๆ ได้หลายชนิด ในกรณีนี้เนื่องจากจุดเดือดของน้ำมันก๊าด น้ำมันเบนซิน แนฟทา และน้ำมันเชื้อเพลิงแตกต่างกัน จึงสามารถแยกออกจากกันโดยการกลายเป็นไอและการควบแน่นที่อุณหภูมิต่างกัน กระบวนการนี้มักเรียกว่าการแยกส่วน (รูปที่ 3)

ข้าว. 3 การแยกน้ำมันออกเป็นเศษส่วน ()

เช่นเดียวกับกระบวนการทางกายภาพอื่นๆ การเดือดจะต้องถูกกำหนดลักษณะโดยใช้ค่าตัวเลข ค่านี้เรียกว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

เพื่อให้เข้าใจความหมายทางกายภาพของค่านี้ ให้พิจารณาตัวอย่างต่อไปนี้: นำน้ำ 1 กิโลกรัมไปที่จุดเดือด จากนั้นวัดว่าต้องใช้ความร้อนเท่าใดในการระเหยน้ำนี้ให้หมด (โดยไม่คำนึงถึงการสูญเสียความร้อน) - ค่านี้จะเท่ากับความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำ สำหรับสารอื่น ค่าความร้อนนี้จะแตกต่างออกไปและจะเป็นความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของสารนี้

ความร้อนจำเพาะของการระเหยกลายเป็นไอมาก ลักษณะสำคัญวี เทคโนโลยีที่ทันสมัยการผลิตโลหะ ปรากฎว่าในระหว่างการหลอมและการระเหยของเหล็กด้วยการควบแน่นและการแข็งตัวตามมานั้น โครงตาข่ายคริสตัลจะเกิดขึ้นพร้อมกับโครงสร้างที่ให้ความแข็งแรงสูงกว่าตัวอย่างดั้งเดิม

การกำหนด: ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอและการควบแน่น (บางครั้งเรียกว่า )

หน่วย: .

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของสารถูกกำหนดโดยใช้การทดลองในห้องปฏิบัติการและค่าของสารพื้นฐานแสดงอยู่ในตารางที่เหมาะสม

สาร

เพื่อรักษาระดับการเดือดของน้ำ (หรือของเหลวอื่น ๆ) จะต้องให้ความร้อนอย่างต่อเนื่องเช่นโดยการให้ความร้อนด้วยหัวเผา ในกรณีนี้อุณหภูมิของน้ำและภาชนะจะไม่เพิ่มขึ้น แต่ในแต่ละหน่วยเวลาจะเกิดไอน้ำจำนวนหนึ่ง จากนี้ การเปลี่ยนแปลงของน้ำเป็นไอน้ำต้องใช้ความร้อนไหลเข้ามา เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นเมื่อผลึก (น้ำแข็ง) เปลี่ยนเป็นของเหลว (มาตรา 269) ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการแปลงมวลหน่วยของของเหลวให้เป็นไอที่มีอุณหภูมิเท่ากันเรียกว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของของเหลวที่กำหนด มีหน่วยเป็นจูลต่อกิโลกรัม

เข้าใจได้ไม่ยากว่าเมื่อไอน้ำควบแน่นเป็นของเหลว ก็ควรปล่อยความร้อนออกมาในปริมาณเท่ากัน จริงๆ แล้ว ให้เราลดท่อที่เชื่อมต่อกับหม้อต้มน้ำลงในแก้วน้ำ (รูปที่ 488) หลังจากเริ่มทำความร้อนได้ระยะหนึ่ง ฟองอากาศจะเริ่มโผล่ออกมาจากปลายท่อที่แช่อยู่ในน้ำ อากาศนี้ทำให้อุณหภูมิของน้ำไม่สูงขึ้นมากนัก จากนั้นน้ำในหม้อต้มจะเดือดหลังจากนั้นเราจะเห็นว่าฟองที่ออกมาจากปลายท่อไม่ลอยขึ้นอีกต่อไปแต่ลดลงอย่างรวดเร็วและหายไปพร้อมกับเสียงแหลม สิ่งเหล่านี้คือฟองไอน้ำที่ควบแน่นเป็นน้ำ ทันทีที่มีไอน้ำออกมาจากหม้อต้มแทนอากาศ น้ำจะเริ่มร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว เพราะ ความร้อนจำเพาะไอน้ำมีค่าใกล้เคียงกับอากาศโดยประมาณ จากนั้นจากการสังเกตนี้จะตามมาว่าการให้ความร้อนอย่างรวดเร็วของน้ำเกิดขึ้นอย่างแม่นยำอันเป็นผลมาจากการควบแน่นของไอน้ำ

ข้าว. 488 ขณะที่อากาศออกมาจากหม้อต้ม เทอร์โมมิเตอร์จะแสดงอุณหภูมิเกือบเท่ากัน เมื่อไอน้ำออกมาแทนอากาศและเริ่มควบแน่นในแก้ว เทอร์โมมิเตอร์จะสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว บ่งชี้ว่าอุณหภูมิเพิ่มขึ้น

เมื่อไอน้ำหนึ่งหน่วยมวลถูกควบแน่นเป็นของเหลวที่มีอุณหภูมิเท่ากัน ปริมาณความร้อนจะถูกปล่อยออกมาเท่ากับความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ สิ่งนี้สามารถคาดการณ์ได้ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน อันที่จริง หากไม่เป็นเช่นนั้น ก็เป็นไปได้ที่จะสร้างเครื่องจักรโดยให้ของเหลวระเหยไปในตอนแรกแล้วควบแน่น: ความแตกต่างระหว่างความร้อนของการกลายเป็นไอและความร้อนของการควบแน่นจะแสดงถึงการเพิ่มขึ้นของพลังงานรวมของวัตถุทั้งหมด เข้าร่วมในกระบวนการที่อยู่ระหว่างการพิจารณา และสิ่งนี้ขัดแย้งกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอสามารถกำหนดได้โดยใช้แคลอริมิเตอร์ คล้ายกับวิธีการหาความร้อนจำเพาะของการหลอมละลาย (§ 269) มาเทน้ำจำนวนหนึ่งลงในแคลอริมิเตอร์แล้ววัดอุณหภูมิ จากนั้น เราจะแนะนำไอน้ำของของเหลวทดสอบจากหม้อต้มลงไปในน้ำเป็นระยะเวลาหนึ่ง โดยใช้มาตรการเพื่อให้แน่ใจว่ามีเพียงไอน้ำเท่านั้นที่ออกมาโดยไม่มีของเหลวหยด เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ไอน้ำจะถูกส่งผ่านห้องอบไอน้ำ (รูปที่ 489) หลังจากนั้นเราจะวัดอุณหภูมิของน้ำในแคลอรีมิเตอร์อีกครั้ง ด้วยการชั่งน้ำหนักแคลอรีมิเตอร์ เราสามารถตัดสินโดยมวลที่เพิ่มขึ้นของปริมาณไอที่ควบแน่นเป็นของเหลว

ข้าว. 489. Steamer - อุปกรณ์สำหรับกักเก็บหยดน้ำที่เคลื่อนที่ไปพร้อมกับไอน้ำ

ด้วยการใช้กฎการอนุรักษ์พลังงาน เราสามารถสร้างสมการสำหรับกระบวนการนี้ได้ สมดุลความร้อนซึ่งช่วยให้เราสามารถกำหนดความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำได้ ให้มวลของน้ำในแคลอริมิเตอร์ (รวมถึงปริมาณน้ำที่เทียบเท่ากับแคลอริมิเตอร์) เท่ากับมวลของไอน้ำ - , ความจุความร้อนของน้ำ - , อุณหภูมิเริ่มต้นและสุดท้ายของน้ำในแคลอริมิเตอร์ - และ จุดเดือดของ น้ำ - และความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ - . สมการสมดุลความร้อนมีรูปแบบดังนี้

ผลลัพธ์ของการพิจารณาความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของของเหลวบางชนิดที่ความดันปกติแสดงไว้ในตาราง 1 20. อย่างที่คุณเห็น ความร้อนนี้ค่อนข้างมาก ความร้อนสูงของการกลายเป็นไอของน้ำมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในธรรมชาติ เนื่องจากกระบวนการกลายเป็นไอเกิดขึ้นในธรรมชาติในระดับใหญ่

ตารางที่ 20. ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของของเหลวบางชนิด

สาร		สาร

เอทานอล)

โปรดทราบว่าค่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอที่มีอยู่ในตารางหมายถึงจุดเดือดที่ความดันปกติ หากของเหลวเดือดหรือระเหยไปที่อุณหภูมิอื่น ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอจะแตกต่างกัน เมื่ออุณหภูมิของของเหลวเพิ่มขึ้น ความร้อนของการกลายเป็นไอจะลดลงเสมอ เราจะดูคำอธิบายสำหรับเรื่องนี้ในภายหลัง

295.1. หาปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำให้น้ำ 20 กรัมมีจุดเดือดและเปลี่ยนเป็นไอน้ำได้ที่

295.2. ถ้าใส่ไอน้ำ 3 กรัมลงในแก้วที่บรรจุน้ำ 200 กรัม จะได้อุณหภูมิเท่าใด ละเลยความจุความร้อนของกระจก

คุณรู้ไหมว่าน้ำซุปมีอุณหภูมิเดือดเท่าไหร่? 100°ซ. ไม่มากไม่น้อย. ที่อุณหภูมิเดียวกัน กาต้มน้ำจะเดือดและพาสต้าก็สุก มันหมายความว่าอะไร?

ทำไมเมื่อกระทะหรือกาต้มน้ำถูกให้ความร้อนด้วยแก๊สที่เผาไหม้อยู่ตลอดเวลา อุณหภูมิของน้ำภายในจึงไม่สูงเกินหนึ่งร้อยองศา? ความจริงก็คือเมื่อน้ำถึงอุณหภูมิหนึ่งร้อยองศาเข้ามาทั้งหมด พลังงานความร้อนใช้ในการเปลี่ยนน้ำให้เป็นสถานะก๊าซซึ่งก็คือการระเหย การระเหยส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่พื้นผิวสูงถึงหนึ่งร้อยองศาและเมื่อถึงอุณหภูมินี้น้ำจะเดือด การต้มก็ถือเป็นการระเหยเช่นกัน แต่จะทั่วทั้งปริมาตรของของเหลวเท่านั้น ฟองอากาศที่มีไอน้ำร้อนก่อตัวขึ้นภายในน้ำ และเนื่องจากมีน้ำหนักเบากว่าน้ำ ฟองอากาศเหล่านี้จึงแตกออกสู่ผิวน้ำ และไอน้ำจากฟองเหล่านั้นจะระเหยไปในอากาศ

เมื่อถูกความร้อนอุณหภูมิของน้ำจะสูงขึ้นถึงหนึ่งร้อยองศา หลังจากผ่านไปหนึ่งร้อยองศา เมื่อได้รับความร้อนเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของไอน้ำก็จะเพิ่มขึ้น แต่จนกว่าน้ำจะเดือดจนหมดที่อุณหภูมิหนึ่งร้อยองศา อุณหภูมิของมันจะไม่เพิ่มขึ้นไม่ว่าคุณจะใช้พลังงานมากแค่ไหนก็ตาม เราได้ทราบแล้วว่าพลังงานนี้ไปอยู่ที่ไหน - การเปลี่ยนน้ำเป็นสถานะก๊าซ แต่เนื่องจากปรากฏการณ์ดังกล่าวมีอยู่ ก็หมายความว่าต้องมี กล่าวถึงปรากฏการณ์นี้ ปริมาณทางกายภาพ. และมีค่าเช่นนั้นอยู่ เรียกว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ความร้อนจำเพาะของการระเหยของน้ำ

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอคือปริมาณทางกายภาพที่แสดงปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนของเหลวที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมให้เป็นไอน้ำที่จุดเดือด ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอกำหนดด้วยตัวอักษร L และมีหน่วยวัดเป็นจูลต่อกิโลกรัม (1 J/kg)

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอหาได้จากสูตร:

โดยที่ Q คือปริมาณความร้อน
m คือน้ำหนักตัว

อย่างไรก็ตาม สูตรนี้เหมือนกับการคำนวณความร้อนจำเพาะของฟิวชัน ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือในการกำหนด แล และ ล

ทดลองพบค่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของสารต่างๆ และรวบรวมตารางซึ่งสามารถหาข้อมูลของสารแต่ละชนิดได้ ดังนั้นความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำจึงเท่ากับ 2.3*106 จูล/กก. ซึ่งหมายความว่าสำหรับน้ำทุกกิโลกรัมจำเป็นต้องใช้พลังงานจำนวนเท่ากับ 2.3 * 106 J เพื่อเปลี่ยนเป็นไอน้ำ แต่ในขณะเดียวกันน้ำก็ต้องมีจุดเดือดอยู่แล้ว หากน้ำเริ่มแรกมีอุณหภูมิต่ำกว่าก็จำเป็นต้องคำนวณปริมาณความร้อนที่จะต้องใช้ในการทำให้น้ำร้อนถึงหนึ่งร้อยองศา

ในสภาวะจริง มักจำเป็นต้องกำหนดปริมาณความร้อนที่ต้องการ การเปลี่ยนมวลของของเหลวใด ๆ ให้เป็นไอดังนั้นบ่อยครั้งที่คุณต้องจัดการกับสูตรของรูปแบบ: Q = Lm และค่าของความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอสำหรับสารเฉพาะนั้นจะถูกนำมาจากตารางสำเร็จรูป

เรียกว่าปรากฏการณ์ของสารที่เปลี่ยนจากของเหลวเป็นสถานะก๊าซ การกลายเป็นไอ. การกลายเป็นไอสามารถดำเนินการได้ในรูปแบบของสองกระบวนการ:

เดือด

กระบวนการที่สองของการกลายเป็นไอคือการเดือด คุณสามารถสังเกตกระบวนการนี้ได้โดยใช้ ประสบการณ์ที่เรียบง่าย,ทำน้ำร้อนเข้า ขวดแก้ว. เมื่อน้ำร้อนฟองอากาศจะปรากฏขึ้นหลังจากนั้นไม่นานซึ่งมีอากาศและไอน้ำอิ่มตัวซึ่งเกิดขึ้นเมื่อน้ำระเหยภายในฟองอากาศ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความดันภายในฟองอากาศจะเพิ่มขึ้น และภายใต้อิทธิพลของแรงลอยตัว ฟองอากาศก็จะลอยขึ้นด้านบน อย่างไรก็ตามเนื่องจากอุณหภูมิ ชั้นบนมีน้ำน้อยกว่าอันล่าง ไอในฟองอากาศเริ่มควบแน่นและหดตัว เมื่อน้ำอุ่นขึ้นตลอดปริมาตร ฟองที่มีไอน้ำจะลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ ระเบิด และไอน้ำจะออกมา น้ำกำลังเดือด สิ่งนี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิซึ่งความดันไออิ่มตัวในฟองอากาศเท่ากับความดันบรรยากาศ

กระบวนการกลายเป็นไอที่เกิดขึ้นในปริมาตรของเหลวทั้งหมดที่อุณหภูมิหนึ่งเรียกว่า อุณหภูมิที่ของเหลวเดือดเรียกว่า จุดเดือด.

อุณหภูมินี้ขึ้นอยู่กับความดันบรรยากาศ เมื่อความดันบรรยากาศเพิ่มขึ้น จุดเดือดจะเพิ่มขึ้น

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าในระหว่างกระบวนการเดือด อุณหภูมิของของเหลวจะไม่เปลี่ยนแปลง แม้ว่าพลังงานจะมาจากภายนอกก็ตาม การเปลี่ยนของเหลวเป็นสถานะก๊าซที่จุดเดือดนั้นสัมพันธ์กับการเพิ่มระยะห่างระหว่างโมเลกุลและตามด้วยการเอาชนะแรงดึงดูดระหว่างพวกมัน พลังงานที่จ่ายให้กับของเหลวนั้นถูกใช้ไปเพื่อทำงานเพื่อเอาชนะแรงดึงดูด สิ่งนี้จะเกิดขึ้นจนกว่าของเหลวทั้งหมดจะกลายเป็นไอน้ำ เนื่องจากของเหลวและไอมีอุณหภูมิเท่ากันในระหว่างการเดือด พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลจึงไม่เปลี่ยนแปลง มีเพียงพลังงานศักย์เท่านั้นที่เพิ่มขึ้น

รูปนี้แสดงกราฟของอุณหภูมิของน้ำเทียบกับเวลาระหว่างการให้ความร้อนจากอุณหภูมิห้องถึงจุดเดือด (AB) จุดเดือด (BC) การให้ความร้อนด้วยไอน้ำ (CD) การทำความเย็นด้วยไอน้ำ (DE) การควบแน่น (EF) และการทำความเย็นที่ตามมา (เอฟจี).

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ในการเปลี่ยนสารต่างๆ จากของเหลวเป็นสถานะก๊าซ จำเป็นต้องใช้พลังงานที่แตกต่างกัน พลังงานนี้มีลักษณะเป็นค่าที่เรียกว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ (ล) คือค่าเท่ากับอัตราส่วนของปริมาณความร้อนที่ต้องให้กับสารที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัม เพื่อเปลี่ยนจากสถานะของเหลวเป็นสถานะก๊าซที่จุดเดือด

หน่วยความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ - [ ล] = เจ/กก.

ในการคำนวณปริมาณความร้อน Q ที่ต้องให้กับสารที่มีมวล mn สำหรับการเปลี่ยนจากของเหลวเป็นสถานะก๊าซ ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ ( ล) คูณด้วยมวลของสาร: ถาม = ล.ม.

เมื่อไอน้ำควบแน่น ความร้อนจำนวนหนึ่งจะถูกปล่อยออกมา และค่าของมันจะเท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องใช้เพื่อแปลงของเหลวให้เป็นไอน้ำที่อุณหภูมิเดียวกัน

หัวข้อ: สถานะรวมของสสาร

บทเรียน: การเดือด ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอและการควบแน่น

ในบทเรียนที่แล้ว เราได้ศึกษาการก่อตัวของไอประเภทหนึ่งแล้ว ซึ่งก็คือ การระเหย และได้เน้นย้ำถึงคุณสมบัติของกระบวนการนี้ วันนี้เราจะมาพูดถึงการกลายเป็นไอประเภทนี้ กระบวนการเดือด และแนะนำค่าที่แสดงคุณลักษณะเชิงตัวเลขของกระบวนการกลายเป็นไอ - ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอและการควบแน่น

มาดูขั้นตอนการต้มกันดีกว่า ลองจินตนาการถึงสถานการณ์ที่พวกเราหลายคนต้องเผชิญซ้ำแล้วซ้ำเล่า - การทำความร้อนและต้มน้ำในภาชนะบางประเภท เช่น กระทะ ในระหว่างการทำความร้อน ความร้อนจำนวนหนึ่งจะถูกถ่ายโอนไปยังน้ำ ซึ่งจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของพลังงานภายในและการเพิ่มขึ้นของการเคลื่อนไหวของโมเลกุล กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนถึงระยะหนึ่ง จนกระทั่งพลังงานการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเพียงพอที่จะเริ่มเดือด

สิ่งสำคัญคือต้องเน้นความจริงที่ว่าอุณหภูมิที่กระบวนการเดือดเกิดขึ้นยังคงไม่เปลี่ยนแปลงแม้ว่าความเข้มข้นของความร้อนที่จ่ายให้กับของเหลวจะเพิ่มขึ้นก็ตาม กล่าวง่ายๆ ก็คือ หากในระหว่างกระบวนการเดือดคุณเติมแก๊สลงในเตาที่ให้ความร้อนกับกระทะ สิ่งนี้จะนำไปสู่การเพิ่มความเข้มข้นของการเดือดเท่านั้น และไม่ทำให้อุณหภูมิของของเหลวเพิ่มขึ้น หากเราเจาะลึกกระบวนการเดือดอย่างจริงจังมากขึ้นก็น่าสังเกตว่าบริเวณนั้นปรากฏในน้ำซึ่งสามารถทำให้ร้อนเกินไปเหนือจุดเดือดได้ แต่ตามกฎแล้วปริมาณของความร้อนสูงเกินไปดังกล่าวจะต้องไม่เกินหนึ่งหรือสองสามองศา และมีปริมาตรของเหลวรวมไม่มีนัยสำคัญ จุดเดือดของน้ำที่ความดันปกติคือ 100°C

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจคือจุดเดือดของของเหลวขึ้นอยู่กับค่าของความดันบรรยากาศซึ่งเป็นเหตุผลที่เราระบุว่าค่าทั้งหมดในตารางจะได้รับที่ความดันบรรยากาศปกติ เมื่อความดันอากาศเพิ่มขึ้น จุดเดือดของของเหลวก็จะเพิ่มขึ้นด้วย แต่เมื่อลดลง ในทางกลับกันก็จะลดลง

หลักการทำงานของเครื่องใช้ในครัวที่รู้จักกันดีเช่นหม้ออัดแรงดันนั้นขึ้นอยู่กับการพึ่งพาจุดเดือดกับความดันบรรยากาศ (รูปที่ 2) เป็นกระทะที่มีฝาปิดแน่นซึ่งในระหว่างกระบวนการนึ่งน้ำความดันอากาศที่มีไอน้ำสูงถึง 2 ความดันบรรยากาศซึ่งทำให้จุดเดือดของน้ำเพิ่มขึ้นเป็น . ด้วยเหตุนี้น้ำและอาหารในนั้นจึงมีโอกาสให้ความร้อนสูงถึงอุณหภูมิที่สูงกว่าปกติ () และกระบวนการปรุงอาหารก็เร่งขึ้น ด้วยเหตุนี้อุปกรณ์จึงได้ชื่อมา

ข้าว. 2. หม้ออัดแรงดัน ()

เทคโนโลยีบางอย่างในการแยกสารขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าจุดเดือดของสารต่างๆ นั้นแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น หากเราพิจารณาน้ำมันให้ความร้อนซึ่งเป็นของเหลวเชิงซ้อนที่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่าง ในระหว่างกระบวนการเดือด ก็สามารถแบ่งออกเป็นสารต่างๆ ได้หลายชนิด ในกรณีนี้เนื่องจากจุดเดือดของน้ำมันก๊าด น้ำมันเบนซิน แนฟทา และน้ำมันเชื้อเพลิงแตกต่างกัน จึงสามารถแยกออกจากกันโดยการกลายเป็นไอและการควบแน่นที่อุณหภูมิต่างกัน กระบวนการนี้มักเรียกว่าการแยกส่วน (รูปที่ 3)

ข้าว. 3 การแยกน้ำมันออกเป็นเศษส่วน ()

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอกลายเป็นคุณลักษณะที่สำคัญมากในเทคโนโลยีการผลิตโลหะสมัยใหม่ ปรากฎว่าในระหว่างการหลอมและการระเหยของเหล็กด้วยการควบแน่นและการแข็งตัวตามมานั้น โครงตาข่ายคริสตัลจะเกิดขึ้นพร้อมกับโครงสร้างที่ให้ความแข็งแรงสูงกว่าตัวอย่างดั้งเดิม

หน่วย: .

สาร

ความร้อนจำเพาะของการระเหยของน้ำ

เดือด

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

อ่านด้วย