Ako ostavite posudu s vodom nepokrivenu, voda će ispariti nakon nekog vremena. Ako napravite isti eksperiment s etil alkoholom ili benzinom, proces se odvija nešto brže. Ako zagrijete lonac vode na dovoljno jakom gorioniku, voda će proključati.

Sve ove pojave su poseban slučaj isparavanja, pretvaranja tečnosti u paru. Postoje dvije vrste isparavanja isparavanje i ključanje.

Šta je isparavanje

Isparavanje je stvaranje pare sa površine tečnosti. Isparavanje se može objasniti na sljedeći način.

Tokom sudara, brzine molekula se mijenjaju. Često postoje molekuli čija je brzina toliko velika da savladavaju privlačenje susjednih molekula i odvajaju se od površine tekućine. (Molekularna struktura materije). Budući da čak i u maloj zapremini tečnosti ima puno molekula, takvi se slučajevi javljaju prilično često, a postoji i stalan proces isparavanja.

Molekuli odvojeni od površine tečnosti formiraju paru iznad nje. Neki od njih se zbog haotičnog kretanja vraćaju nazad u tečnost. Dakle, isparavanje se dešava brže ako postoji vjetar, jer on odvodi paru dalje od tekućine (ovdje se dešava i fenomen “hvatanja” i odvajanja molekula s površine tekućine vjetrom).

Stoga, u zatvorenoj posudi, isparavanje brzo prestaje: broj molekula koji se "otrgnu" u jedinici vremena postaje jednak broju koji se "vratio" u tekućinu.

Brzina isparavanja zavisi od vrste tečnosti: što je manja privlačnost između molekula tečnosti, to je intenzivnije isparavanje.

Što je veća površina tečnosti, više molekula ima priliku da je napusti. To znači da intenzitet isparavanja ovisi o površini tekućine.

Kako temperatura raste, brzine molekula rastu. Dakle, što je temperatura viša, to je intenzivnije isparavanje.

Šta je ključanje

Vrenje je intenzivno isparavanje koje nastaje kao rezultat zagrijavanja tekućine, stvaranja mjehurića pare u njoj, koji isplivavaju na površinu i tamo pucaju.

Tokom ključanja temperatura tečnosti ostaje konstantna.

Tačka ključanja je temperatura na kojoj tečnost ključa. Obično, kada se govori o tački ključanja date tečnosti, mislimo na temperaturu na kojoj ta tečnost ključa pri normalnom atmosferskom pritisku.

Tokom isparavanja, molekuli koji su odvojeni od tečnosti oduzimaju joj deo unutrašnje energije. Stoga, kako tečnost isparava, ona se hladi.

Specifična toplota isparavanja

Fizička veličina koja karakterizira količinu topline potrebnu za isparavanje jedinice mase tvari naziva se specifična toplina isparavanja. (slijedite link za detaljniju analizu ove teme)

U sistemu SI, mjerna jedinica za ovu količinu je J/kg. Označava se slovom L.

Ako se tečnost zagreje, ključaće na određenoj temperaturi. Kada tečnost proključa, stvaraju se mehurići, koji se podižu do vrha i pucaju. Mjehurići sadrže zrak koji sadrži vodenu paru. Kada mjehurići puknu, para izlazi, pa tečnost intenzivno isparava.

Različite tvari u tekućem stanju ključaju na vlastitoj karakterističnoj temperaturi. Štoviše, ova temperatura ovisi ne samo o prirodi tvari, već i o atmosferskom tlaku. Dakle, voda pri normalnom atmosferskom pritisku ključa na 100 °C, a u planinama, gde je pritisak niži, voda ključa na nižoj temperaturi.

Kada tečnost proključa, daljnja opskrba energijom (toplotom) ne povećava njenu temperaturu, već jednostavno održava ključanje. Odnosno, energija se troši na održavanje procesa ključanja, a ne na podizanje temperature tvari. Stoga je u fizici takav koncept kao specifična toplota isparavanja(L). Jednaka je količini topline koja je potrebna da se 1 kg tekućine potpuno iskuha.

Jasno je da različite tvari imaju svoju specifičnu toplinu isparavanja. Dakle, za vodu je jednako 2,3 · 10 6 J/kg. Za etar, koji ključa na 35 °C, L = 0,4 10 6 J/kg. Za živu koja ključa na 357 °C, L = 0,3 10 6 J/kg.

Šta je proces ključanja? Kada se voda zagrije, ali još nije dostigla tačku ključanja, počinju se formirati mali mjehurići. Obično se formiraju na dnu posude, jer se obično zagrijavaju ispod dna i tamo je temperatura viša.

Mjehurići su lakši od vode koja ih okružuje i stoga počinju da se dižu do gornjih slojeva. Međutim, ovdje je temperatura čak niža nego na dnu. Zbog toga se para kondenzuje, mjehurići postaju sve manji i teži i ponovo padaju. To se dešava sve dok se sva voda ne zagrije do tačke ključanja. U tom trenutku se čuje buka koja prethodi ključanju.

Kada se dostigne tačka ključanja, mjehurići više ne tonu, već isplivaju na površinu i pucaju. Iz njih izlazi para. U ovom trenutku više se ne čuje buka, već klokotanje tečnosti, što ukazuje da je proključala.

Dakle, tokom ključanja, kao i tokom isparavanja, dolazi do prelaska tečnosti u paru. Međutim, za razliku od isparavanja, koje se događa samo na površini tekućine, ključanje je praćeno stvaranjem mjehurića koji sadrže paru kroz cijeli volumen. Također, za razliku od isparavanja, koje se događa na bilo kojoj temperaturi, ključanje je moguće samo na određenoj temperaturi karakterističnoj za datu tekućinu.

Zašto što je veći atmosferski pritisak, to je viša tačka ključanja tečnosti? Vazduh pritiska vodu i stoga stvara pritisak unutar vode. Kada se formiraju mehurići, para se takođe pritiska u njih, i to jače od spoljašnjeg pritiska. Što je veći vanjski pritisak na mehuriće, jači je unutrašnji pritisak u njima. Zbog toga nastaju na višoj temperaturi. To znači da voda ključa na višoj temperaturi.

Ovo znanje brzo nestaje, a ljudi postepeno prestaju obraćati pažnju na suštinu poznatih pojava. Ponekad je korisno prisjetiti se teorijskog znanja.

Definicija

Šta je ključanje? Ovo je fizički proces tokom kojeg dolazi do intenzivnog isparavanja kako na slobodnoj površini tečnosti tako i unutar njene strukture. Jedan od znakova ključanja je stvaranje mjehurića koji se sastoje od zasićene pare i zraka.

Vrijedi napomenuti postojanje takvog koncepta kao tačka ključanja. Brzina stvaranja pare također ovisi o pritisku. Mora biti trajna. Generalno, glavna karakteristika tečnih hemikalija je njihova tačka ključanja pri normalnom atmosferskom pritisku. Međutim, na ovaj proces mogu uticati i faktori kao što su intenzitet zvučnih talasa i jonizacija vazduha.

Faze ključanja vode

Para će se sigurno početi stvarati tokom postupka kao što je zagrijavanje. Vrenje uključuje prolazak tečnosti kroz 4 faze:

1. Mali mehurići počinju da se formiraju na dnu posude, kao i na njenim zidovima. To je rezultat činjenice da pukotine u materijalu od kojeg je posuda napravljena sadrže zrak koji se širi pod utjecajem visoke temperature.
2. Mjehurići počinju da se povećavaju u volumenu, uzrokujući njihovo pucanje na površinu vode. Ako gornji sloj tekućine još nije dosegao tačku ključanja, šupljine tonu na dno, nakon čega ponovno počinju težiti prema gore. Ovaj proces rezultira stvaranjem zvučnih valova. Zbog toga možemo čuti buku kada voda proključa.
3. Najveći broj mehurića ispliva na površinu, što stvara utisak da tečnost tada bledi. S obzirom na vizuelni efekat, ova faza ključanja se naziva „beli ključ“.
4. Primjećuje se intenzivno ključanje, koje je praćeno stvaranjem velikih mjehurića koji brzo pucaju. Ovaj proces je praćen pojavom prskanja, kao i intenzivnim stvaranjem pare.

Specifična toplota isparavanja

Gotovo svaki dan susrećemo se s takvim fenomenom kao što je ključanje. Specifična toplota isparavanja je fizička veličina koja određuje količinu toplote. Uz njegovu pomoć, tečna tvar se može pretvoriti u paru. Da biste izračunali ovaj parametar, potrebno je podijeliti toplinu isparavanja s masom.

Kako se mjerenje odvija?

Specifični indikator se mjeri u laboratorijskim uslovima izvođenjem odgovarajućih eksperimenata. To uključuje sljedeće:

• mjeri se potrebna količina tekućine, koja se zatim ulijeva u kalorimetar;
• vrši se početno mjerenje temperature vode;
• tikvica s prethodno postavljenom ispitivanom tvari u nju se postavlja na plamenik;
• para koju oslobađa ispitivana supstanca se lansira u kalorimetar;
• temperatura vode se ponovo meri;
• Kalorimetar se vaga, što omogućava izračunavanje mase kondenzovane pare.

Režim ključanja mjehurića

Kada se bavimo pitanjem šta je ključanje, vrijedi napomenuti da ima nekoliko načina. Dakle, kada se zagrije, para se može formirati u obliku mjehurića. Povremeno rastu i pucaju. Ovaj režim ključanja se naziva nukleatno vrenje. Obično se šupljine ispunjene parom formiraju upravo na zidovima posude. To je zbog činjenice da su obično pregrijane. Ovo je neophodan uslov za ključanje, jer će se u suprotnom mjehurići srušiti bez dostizanja velikih veličina.

Način ključanja filma

Šta je ključanje? Najlakši način da se objasni ovaj proces je isparavanje na određenoj temperaturi i konstantnom pritisku. Osim mjehurića, postoji i filmski mod. Njegova suština leži u činjenici da kada se protok topline povećava, pojedinačni mjehurići se spajaju i formiraju parni sloj na zidovima posude. Kada se dostigne kritični indikator, probijaju se na površinu vode. Ovaj način ključanja se razlikuje po tome što je stupanj prijenosa topline sa zidova posude na samu tekućinu značajno smanjen. Razlog za to je isti film pare.

Temperatura ključanja

Vrijedi napomenuti da postoji ovisnost točke ključanja o pritisku koji se vrši na površini zagrijane tekućine. Dakle, opšte je prihvaćeno da voda ključa kada se zagreje na 100 stepeni Celzijusa. Međutim, ovaj pokazatelj se može smatrati pravednim samo ako se atmosferski tlak smatra normalnim (101 kPa). Ako se poveća, tačka ključanja će se takođe promeniti naviše. Na primjer, u popularnim ekspres loncama tlak je približno 200 kPa. Dakle, tačka ključanja se povećava za 20 tačaka (do 20 stepeni).

Primjer niskog atmosferskog tlaka su planinska područja. Dakle, s obzirom da je tamo prilično mala, voda počinje da ključa na temperaturi od oko 90 stepeni. Stanovnici takvih područja moraju provoditi mnogo više vremena pripremajući hranu. Tako, na primjer, da biste skuhali jaje, morat ćete zagrijati vodu na najmanje 100 stepeni, inače se bjelanjak neće zgrušati.

Tačka ključanja tvari ovisi o tlaku zasićene pare. Njegov uticaj na temperaturu je obrnuto proporcionalan. Na primjer, živa ključa kada se zagrije na 357 stepeni Celzijusa. To se može objasniti činjenicom da je tlak zasićene pare samo 114 Pa (za vodu ova brojka iznosi 101,325 Pa).

Kuvanje pod različitim uslovima

U zavisnosti od uslova i stanja tečnosti, tačka ključanja može značajno da varira. Na primjer, vrijedi dodati sol u tekućinu. Ioni hlora i natrija nalaze se između molekula vode. Dakle, ključanje zahtijeva red veličine više energije i, shodno tome, više vremena. Osim toga, takva voda proizvodi mnogo manje pare.

Kuhalo se koristi za kuvanje vode kod kuće. Ako se koristi čista tečnost, temperatura ovog procesa je standardnih 100 stepeni. U sličnim uslovima, destilovana voda ključa. Međutim, to će potrajati malo manje vremena, s obzirom na odsustvo stranih nečistoća.

Koja je razlika između ključanja i isparavanja?

Kad god voda proključa, para se oslobađa u atmosferu. Ali ova dva procesa se ne mogu identifikovati. To su samo metode isparavanja, koje se dešava pod određenim uslovima. Dakle, ključanje je prve vrste. Ovaj proces je intenzivniji nego što je uzrokovan stvaranjem parnih džepova. Također je vrijedno napomenuti da se proces isparavanja odvija isključivo na površini vode. Vrenje se odnosi na celokupnu zapreminu tečnosti.

Od čega zavisi isparavanje?

Isparavanje je proces pretvaranja tekućine ili čvrste tvari u plinovito stanje. Postoji "let" atoma i molekula, čija je veza sa drugim česticama oslabljena pod uticajem određenih uslova. Brzina isparavanja može varirati zbog sljedećih faktora:

• površina tečnosti;
• temperatura same supstance, kao i okolina;
• brzina kretanja molekula;
• vrsta supstance.

Energiju kipuće vode ljudi naširoko koriste u svakodnevnom životu. Ovaj proces je postao toliko uobičajen i poznat da niko ne razmišlja o njegovoj prirodi i karakteristikama. Ipak, brojne zanimljive činjenice povezane su s ključanjem:

• Vjerovatno su svi primijetili da postoji rupa na poklopcu kotla, ali malo ljudi razmišlja o njegovoj namjeni. Radi se u svrhu djelimičnog ispuštanja pare. U suprotnom, voda može prskati kroz izljev.
• Trajanje kuhanja krumpira, jaja i drugih prehrambenih proizvoda ne ovisi o tome koliko je grijač moćan. Važno je samo koliko dugo su bili izloženi ključaloj vodi.
• Snaga uređaja za grijanje ni na koji način ne utiče na indikator kao što je tačka ključanja. Može uticati samo na brzinu isparavanja tečnosti.
• Prokuhavanje nije samo zagrijavanje vode. Ovaj proces također može uzrokovati zamrzavanje tekućine. Stoga je tokom procesa ključanja potrebno kontinuirano ispumpati zrak iz posude.
• Jedan od najhitnijih problema za domaćice je to što mlijeko može “pobjeći”. Dakle, rizik od ove pojave značajno raste tokom pogoršanja vremena, što je praćeno padom atmosferskog pritiska.
• Najtoplija kipuća voda dobija se u dubokim podzemnim rudnicima.
• Eksperimentalnim studijama naučnici su uspjeli ustanoviti da na Marsu voda ključa na temperaturi od 45 stepeni Celzijusa.

Može li voda ključati na sobnoj temperaturi?

Kroz jednostavne proračune, naučnici su uspjeli ustanoviti da voda može ključati na nivoima stratosfere. Slični uslovi se mogu ponovo stvoriti pomoću vakuum pumpe. Ipak, sličan eksperiment se može izvesti u jednostavnijim, svakodnevnijim uvjetima.

U tikvici od litre potrebno je prokuhati 200 ml vode, a kada se posuda napuni parom, mora se dobro zatvoriti i skloniti s vatre. Nakon što ga stavite preko kristalizatora, morate pričekati dok se proces ključanja ne završi. Zatim se tikvica prelije hladnom vodom. Nakon toga u posudi će ponovo početi intenzivno vrenje. To je zbog činjenice da se para koja se nalazi u gornjem dijelu tikvice pod utjecajem niske temperature spušta.

Stranica 1

Vrenje tečnosti se dešava na istoj temperaturi u celoj tečnosti, kada je pritisak pare zasićenja jednak spoljašnjem pritisku.

Do ključanja tečnosti dolazi kada je elastičnost njenih para koje zasićuju prostor jednaka vanjskom pritisku.

Vrenje tečnosti na zagrijanoj površini se opaža kada je temperatura površine tc viša od temperature zasićenja tH pri datom pritisku. Postoje mjehurasti i filmski načini ključanja.

U tehnici se koristi i ključanje tečnosti na sobnoj temperaturi i smanjenom pritisku. Konkretno, u SSSR-u je izumljena mašina za pranje rublja koja radi na ovom principu.

Tečnost treba da proključa glatko. Dobijeni kalaj jodid olakšava ključanje.

Vrenje tečnosti, što je poseban slučaj isparavanja, posmatra se na temperaturi na kojoj pritisak zasićene pare postaje jednak spoljašnjem pritisku. Tačka ključanja tečnosti pri normalnom pritisku naziva se tačka ključanja tečnosti. Da bi tečnost nastavila da ključa, mora se neprekidno zagrevati. Ovaj utrošak topline ne povećava energiju molekularnog kretanja, pa ga termometar ne detektuje. Količina toplote koja se mora potrošiti da se 1 g ili 1 kg tečnosti na tački ključanja pretvori u paru na istoj temperaturi naziva se specifična toplota isparavanja.

Vrenje tečnosti i kondenzacija pare primeri su faznih prelaza prvog reda. Karakteristična karakteristika svih faznih prelaza prvog reda je da su u ovim procesima pritisak i temperatura istovremeno konstantni, ali se odnos masa dve faze menja. Druga karakteristika ovih procesa je da je za njihovu implementaciju potrebno dostaviti ili ukloniti iz sistema određenu količinu toplote, koja se naziva toplota faznog prelaza.

Do ključanja tečnosti dolazi kada je pritisak njene pare jednak spoljašnjem pritisku.

Vrenje tečnosti počinje kada elastičnost njene pare postane jednaka spoljašnjem pritisku. Ako se ovaj pritisak smanji, tada će se odgovarajući pritisak pare koji je potreban za ključanje smanjiti, a niži pritisak pare se postiže pri nižoj temperaturi grejanja.

Do ključanja tečnosti dolazi kada je pritisak njene zasićene pare jednak pritisku medija. U ovom slučaju, to je pritisak u aparatu u kojem se tečnost nalazi.

Tečnosti koje ključaju često se karakterišu nepravilnim eksplozivnim kretanjem. Kako to funkcionira u skladu s gore navedenim.

Vrenje tekućina dovodi do narušavanja kontinuiteta medija, pa vrijednosti parametara na kojima se ono javlja određuju granicu primjenjivosti svih zaključaka zasnovanih na hipotezi kontinuiteta.

Vrenje tečnosti je povezano i sa površinskim pojavama: tokom ključanja tečnost isparava u vazdušne mehuriće, koji su prisutni kako u zapremini same tečnosti tako i na granici sa zidovima posude. Razmotrite mehanizam ključanja; na sl. Slika 2.47 prikazuje različite faze razvoja mjehurića zraka pričvršćenih za zid posude. Kako tečnost isparava u te mjehuriće, tlak pare u njima se povećava, vanjski i hidrostatički pritisci se savladavaju i mjehur počinje rasti prema gore. U tom slučaju površinske sile, deformirajući mehur, odvajaju od njega određeni dio, koji se Arhimedovom silom diže prema gore i ispušta paru koja se u njemu nalazi na površini tekućine. Preostali dio mjehura nastavlja da igra ulogu rezervoara za akumulaciju pare i generatora novih parnih mjehurića.

Do ključanja tečnosti dolazi pri konstantnoj temperaturi, koja zavisi od pritiska. Prilikom ključanja nastaju mjehurići pare koji se pojavljuju na površini grijanja. Višak srednje temperature tečnosti u odnosu na temperaturu pare je D / (0 2 - 2) C. Temperatura površine tf koju opere kipuća tečnost može za nekoliko desetina stepeni premašiti srednju temperaturu kipuće tečnosti.

Vrenje je intenzivan prelazak tečnosti u paru, koji se javlja formiranjem mjehurića pare po cijeloj zapremini tečnosti na određenoj temperaturi.

Za razliku od isparavanja, koje se događa na bilo kojoj temperaturi tekućine, druga vrsta isparavanja - ključanje - moguća je samo na vrlo specifičnoj (pri datom pritisku) temperaturi - tački ključanja.

Prilikom zagrijavanja vode u otvorenoj staklenoj posudi, možete vidjeti da kako temperatura raste, zidovi i dno posude postaju prekriveni malim mjehurićima. Nastaju kao rezultat širenja sitnih mjehurića zraka koji postoje u udubljenjima i mikropukotinama nepotpuno navlaženih stijenki posude.

Tečne pare koje se nalaze unutar mjehurića su zasićene. Kako temperatura raste, pritisak zasićene pare se povećava i mjehurići se povećavaju u veličini. Kako se volumen mjehurića povećava, povećava se i uzgonska (arhimedova) sila koja djeluje na njih. Pod uticajem ove sile, najveći mjehurići se odvajaju od zidova posude i dižu se prema gore. Ako gornji slojevi vode još nisu imali vremena da se zagriju do 100 ° C, tada se u takvoj (hladnijoj) vodi dio vodene pare unutar mjehurića kondenzira i odlazi u vodu; U isto vrijeme, mjehurići se smanjuju u veličini, a sila gravitacije ih prisiljava da ponovo padaju. Ovdje se ponovo povećavaju i ponovo počinju plutati. Naizmjenično povećanje i smanjenje mjehurića unutar vode praćeno je pojavom karakterističnih zvučnih valova u njoj: kipuća voda stvara buku.

Kada se sva voda zagrije do 100 °C, mjehurići koji se dižu više se ne smanjuju, već pucaju na površini vode, izbacujući paru. Javlja se karakterističan zvuk grkljanja - voda ključa.

Vrenje počinje nakon što se pritisak zasićene pare unutar mehurića uporedi sa pritiskom u okolnoj tečnosti.

Tokom ključanja temperatura tečnosti i para iznad nje se ne menja. Ostaje nepromijenjen dok sva tečnost ne proključa. To se događa zato što se sva energija dovedena u tekućinu koristi za pretvaranje u paru.

Temperatura na kojoj tečnost ključa naziva se tačka ključanja.

Tačka ključanja zavisi od pritiska koji se vrši na slobodnu površinu tečnosti. Ovo se objašnjava zavisnošću pritiska zasićene pare o temperaturi. Mjehur pare raste sve dok pritisak zasićene pare unutar njega malo ne premaši pritisak u tekućini, što je zbir vanjskog tlaka i hidrostatskog tlaka stupca tekućine.

Što je veći vanjski pritisak, to je viša tačka ključanja.

Svi znaju da voda ključa na temperaturi od 100 °C. Ali ne treba zaboraviti da je to tačno samo pri normalnom atmosferskom pritisku (otprilike 101 kPa). Kako pritisak raste, temperatura ključanja vode se povećava. Na primjer, u ekspres loncu hrana se kuha pod pritiskom od oko 200 kPa. Tačka ključanja vode dostiže 120 °C. U vodi na ovoj temperaturi proces kuhanja odvija se mnogo brže nego u običnoj kipućoj vodi. Ovo objašnjava naziv “lonac pod pritiskom”.

I obrnuto, smanjenjem vanjskog pritiska, snižavamo na taj način tačku ključanja. Na primjer, u planinskim područjima (na nadmorskoj visini od 3 km, gdje je pritisak 70 kPa), voda ključa na temperaturi od 90°C. Dakle, stanovnicima ovih krajeva koji koriste takvu ključanu vodu potrebno je mnogo više vremena za pripremu hrane nego stanovnici ravnice. Ali u ovoj kipućoj vodi općenito je nemoguće skuvati, na primjer, kokošje jaje, jer se bjelanjak ne koagulira na temperaturama ispod 100 °C.

Svaka tečnost ima svoju tačku ključanja, koja zavisi od pritiska zasićene pare. Što je veći pritisak zasićene pare, to je niža tačka ključanja odgovarajuće tečnosti, jer na nižim temperaturama pritisak zasićene pare postaje jednak atmosferskom pritisku. Na primjer, pri tački ključanja od 100 °C, pritisak zasićene pare vode je 101,325 Pa (760 mm Hg), a pritisak živine pare je samo 117 Pa (0,88 mm Hg). Živa ključa na 357°C pri normalnom pritisku.