>>Физика: Зависимост на налягането на наситените пари от температурата. кипене

Течността не само се изпарява. При определена температура кипи.
Зависимост на налягането на наситените пари от температурата. Състоянието на наситената пара, както показва опитът (говорихме за това в предишния параграф), се описва приблизително от уравнението на състоянието на идеален газ (10.4), а неговото налягане се определя от формулата

С повишаване на температурата налягането се увеличава. защото Налягането на наситените пари не зависи от обема, следователно зависи само от температурата.
Въпреки това, зависимостта r н.п.от Т, намерено експериментално, не е правопропорционално, като това на идеален газ при постоянен обем. С повишаване на температурата налягането на реалната наситена пара нараства по-бързо от налягането на идеален газ ( Фиг.11.1, част от кривата AB). Това става очевидно, ако начертаем изохори на идеален газ през точките АИ IN(пунктирани линии). защо се случва това

Когато течността се нагрява в затворен съд, част от течността се превръща в пара. В резултат на това съгласно формула (11.1) налягането на наситените пари се увеличава не само поради повишаване на температурата на течността, но и поради увеличаване на концентрацията на молекулите (плътността) на парите. По принцип нарастването на налягането с повишаване на температурата се определя именно от увеличаването на концентрацията. Основната разлика в поведението на идеален газ и наситена пара е, че когато температурата на парата в затворен съд се промени (или когато обемът се промени при постоянна температура), масата на парата се променя. Течността частично се превръща в пара или, напротив, парата частично кондензира. Нищо подобно не се случва с идеална газ.
Когато цялата течност се изпари, парата ще спре да се насища при по-нататъшно нагряване и нейното налягане при постоянен обем ще се увеличи правопропорционално абсолютна температура(см. Фиг.11.1, част от кривата слънце).
. С повишаване на температурата на течността скоростта на изпарение се увеличава. Накрая течността започва да кипи. При кипене по целия обем на течността се образуват бързо нарастващи мехурчета пара, които изплуват на повърхността. Точката на кипене на течността остава постоянна. Това се случва, защото цялата енергия, предоставена на течността, се изразходва за превръщането й в пара. При какви условия започва кипенето?
Течността винаги съдържа разтворени газове, отделящи се на дъното и стените на съда, както и върху прахови частици, суспендирани в течността, които са центрове на изпарение. Течните пари вътре в мехурчетата са наситени. С повишаване на температурата налягането наситени парисе увеличава и мехурчетата увеличават размера си. Под въздействието на плаваща сила те се носят нагоре. Ако горните слоеве течност имат повече ниска температура, тогава се получава кондензация на пара в мехурчета в тези слоеве. Налягането пада бързо и мехурчетата се свиват. Колапсът настъпва толкова бързо, че стените на балона се сблъскват и предизвикват нещо като експлозия. Много такива микроексплозии създават характерен шум. Когато течността се затопли достатъчно, мехурчетата ще спрат да се срутват и ще изплуват на повърхността. Течността ще заври. Наблюдавайте внимателно чайника на котлона. Ще откриете, че почти спира да шуми, преди да заври.
Зависимостта на налягането на наситените пари от температурата обяснява защо точката на кипене на течността зависи от налягането върху нейната повърхност. Парен мехур може да нарасне, когато налягането на наситената пара вътре в него леко надвишава налягането в течността, което е сумата от въздушното налягане върху повърхността на течността (външно налягане) и хидростатичното налягане на течния стълб.
Нека обърнем внимание на факта, че изпарението на течността става при температури по-ниски от точката на кипене и само от повърхността на течността; по време на кипене се образува пара в целия обем на течността.
Кипенето започва при температурата, при която налягането на наситените пари в мехурчетата е равно на налягането в течността.
Колкото по-голямо е външното налягане, толкова по-висока е точката на кипене. Така в парен котел при налягане, достигащо 1,6·10 6 Pa, водата не кипи дори при температура 200 ° C. В лечебни заведения в херметически затворени съдове - автоклави ( Фиг.11.2) кипенето на водата става и при повишено налягане. Следователно точката на кипене на течността е много по-висока от 100°C. Автоклавите се използват за стерилизиране на хирургически инструменти и др.

И обратно, като намаляваме външното налягане, по този начин намаляваме точката на кипене. Като изпомпвате въздух и водни пари от колбата, можете да накарате водата да заври при стайна температура ( Фиг.11.3). Докато изкачвате планини, атмосферното налягане намалява, следователно точката на кипене намалява. На надморска височина от 7134 m (връх Ленин в Памир) налягането е приблизително 4 10 4 Pa ​​​​(300 mm Hg). Там водата кипи при около 70°C. При тези условия е невъзможно да се готви месо.

Всяка течност има своя точка на кипене, която зависи от налягането на наситените пари. Колкото по-високо е налягането на наситените пари, толкова по-ниска е точката на кипене на течността, тъй като при по-ниски температури налягането на наситените пари става равно на атмосферното налягане. Например, при точка на кипене 100°C налягането на наситените пари на водата е 101 325 Pa (760 mm Hg), а налягането на живачните пари е само 117 Pa (0,88 mm Hg). Живакът кипи при температура 357°C при нормално налягане.
Течността кипи, когато налягането на наситените пари стане равно на налягането вътре в течността.

???
1. Защо температурата на кипене се повишава с увеличаване на налягането?
2. Защо при кипенето е важно да се повишава налягането на наситените пари в мехурчетата, а не да се повишава налягането на въздуха в тях?
3. Как да заври течност, докато охлаждаме съда? (Този въпрос не е лесен.)

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Соцки, Физика 10 клас

Съдържание на урока бележки към уроцитеподдържаща рамка презентация урок методи ускорение интерактивни технологии Практикувайте задачи и упражнения самопроверка работилници, обучения, казуси, куестове домашна работа въпроси за дискусия риторични въпроси от ученици Илюстрации аудио, видео клипове и мултимедияснимки, картинки, графики, таблици, диаграми, хумор, анекдоти, вицове, комикси, притчи, поговорки, кръстословици, цитати Добавки резюметастатии трикове за любознателните ясли учебници основен и допълнителен речник на термините други Подобряване на учебниците и уроцитекоригиране на грешки в учебникаактуализиране на фрагмент в учебник, елементи на иновация в урока, замяна на остарели знания с нови Само за учители перфектни уроцикалендарен план за годината методически препоръкидискусионни програми Интегрирани уроци

Ако имате корекции или предложения за този урок,

От горните съображения става ясно, че точката на кипене на течността трябва да зависи от външното налягане. Наблюденията потвърждават това.

Колкото по-голямо е външното налягане, толкова по-висока е точката на кипене. Така в парен котел при налягане, достигащо 1,6 × 10 6 Pa, водата не кипи дори при температура 200 ° C. В лечебните заведения кипенето на вода в херметически затворени съдове - автоклави (фиг. 6.11) също се случва при повишено налягане. Следователно точката на кипене е значително по-висока от 100 °C. Автоклавите се използват за стерилизиране на хирургически инструменти, превързочни материали и др.

Обратно, като намаляваме външното налягане, по този начин понижаваме точката на кипене. Под звънеца на въздушна помпа можете да накарате водата да заври при стайна температура (фиг. 6.12). Докато изкачвате планини, атмосферното налягане намалява, следователно точката на кипене намалява. На надморска височина от 7134 m (връх Ленин в Памир) налягането е приблизително 4 · 10 4 Pa ​​​​(300 mm Hg). Там водата кипи при около 70 °C. При тези условия е невъзможно да се готви например месо.

Фигура 6.13 показва крива на точката на кипене на водата спрямо външното налягане. Лесно е да се разбере, че тази крива също е крива, изразяваща зависимостта на налягането на наситените водни пари от температурата.

Разлики в точките на кипене на течности

Всяка течност има своя точка на кипене. Разликата в точките на кипене на течностите се определя от разликата в налягането на техните наситени пари при една и съща температура. Например, етерните пари вече при стайна температура имат налягане, по-голямо от половината от атмосферното налягане. Следователно, за да може налягането на етерните пари да стане равно на атмосферното налягане, е необходимо леко повишаване на температурата (до 35 ° C). В живака наситените пари имат много незначително налягане при стайна температура. Налягането на живачните пари става равно на атмосферното само при значително повишаване на температурата (до 357 ° C). При тази температура, ако външното налягане е 105 Pa, живакът кипи.

Разликата в точките на кипене на веществата се използва широко в технологиите, например при разделянето на петролни продукти. При нагряване на маслото първо се изпаряват неговите най-ценни, летливи части (бензин), които по този начин могат да бъдат отделени от „тежките“ остатъци (масла, мазут).

Течността кипи, когато налягането на наситените й пари се изравни с налягането вътре в течността.

§ 6.6. Топлина на изпарение

Необходима ли е енергия за превръщането на течността в пара? Най-вероятно да! не е ли

Отбелязахме (виж § 6.1), че изпарението на течност е придружено от нейното охлаждане. За да се поддържа непроменена температурата на изпаряващата се течност, е необходимо да се доставя топлина отвън. Разбира се, самата топлина може да бъде прехвърлена към течността от околните тела. Така водата в чашата се изпарява, но температурата на водата, малко по-ниска от температурата на околната среда, остава непроменена. Топлината се предава от въздух към вода, докато цялата вода се изпари.

За да се поддържа кипене на вода (или друга течност), топлината също трябва непрекъснато да се подава към нея, например да се нагрява с горелка. В този случай температурата на водата и съда не се повишава, но всяка секунда се образува определено количество пара.

По този начин, за да се превърне течността в пара чрез изпаряване или чрез кипене, е необходима топлина. Количеството топлина, необходимо за превръщане на дадена маса течност в пара при същата температура, се нарича топлина на изпаряване на тази течност.

За какво се изразходва енергията, предоставена на тялото? На първо място, за увеличаване на вътрешната му енергия по време на прехода от течно към газообразно състояние: в крайна сметка това увеличава обема на веществото от обема на течността до обема на наситената пара. Следователно средното разстояние между молекулите се увеличава, а оттам и тяхната потенциална енергия.

Освен това, когато обемът на веществото се увеличава, се извършва работа срещу външни сили на натиск. Тази част от топлината на изпаряване при стайна температура обикновено е няколко процента от общата топлина на изпаряване.

Топлината на изпаряване зависи от вида на течността, нейната маса и температура. Зависимостта на топлината на изпаряване от вида на течността се характеризира със стойност, наречена специфична топлина на изпарение.

Специфичната топлина на изпаряване на дадена течност е съотношението на топлината на изпаряване на течност към нейната маса:

(6.6.1)

Къде r - специфична топлинаизпаряване на течности; Т- маса на течността; Q п- топлината му на изпарение. Единицата SI за специфична топлина на изпарение е джаул на килограм (J/kg).

Специфичната топлина на изпаряване на водата е много висока: 2,256·10 6 J/kg при температура 100 °C. За други течности (алкохол, етер, живак, керосин и др.) специфичната топлина на изпарение е 3-10 пъти по-малка.

Използване на феномена на охлаждане на течност, докато се изпарява; зависимостта на температурата на кипене на водата от налягането.

По време на изпаряването веществото преминава от течно състояние в газообразно състояние (пара). Има два вида изпаряване: изпаряване и кипене.

Изпарение- Това е изпарение, възникващо от свободната повърхност на течност.

Как става изпарението? Знаем, че молекулите на всяка течност са в непрекъснато и произволно движение, някои от тях се движат по-бързо, други по-бавно. Те са възпрепятствани да излетят от силите на привличане един към друг. Ако обаче на повърхността на течността има молекула с достатъчно висока кинетична енергия, тогава тя ще може да преодолее силите на междумолекулно привличане и да излети от течността. Същото ще се повтори с друга бърза молекула, с втора, трета и т.н. Излитайки, тези молекули образуват пара над течността. Образуването на тази пара е изпарение.

Тъй като най-бързите молекули излитат от течност по време на изпаряване, средната кинетична енергия на молекулите, оставащи в течността, става все по-малка. В резултат на това температурата на изпаряващата се течност намалява: Течността се охлажда. Ето защо по-специално човек с мокри дрехи се чувства по-студен, отколкото със сухи дрехи (особено при вятър).

В същото време всеки знае, че ако налеете вода в чаша и я оставите на масата, тогава, въпреки изпарението, тя няма да се охлажда непрекъснато, ставайки все по-студена и по-студена, докато замръзне. Какво спира това? Отговорът е много прост: топлообмен между водата и топлия въздух около стъклото.

Охлаждането на течността по време на изпаряване е по-забележимо в случай, че изпарението става достатъчно бързо (така че течността няма време да възстанови температурата си поради топлообмен с околната среда). Летливите течности със слаби междумолекулни сили на привличане, като етер, алкохол и бензин, се изпаряват бързо. Ако капнете такава течност върху ръката си, ще почувствате студ. Изпарявайки се от повърхността на ръката, такава течност ще се охлади и ще отнеме малко топлина от нея.



Бързо изпаряващите се вещества намират широко приложение в техниката. Например в космически технологииТакива вещества се използват за покриване на спускаемите апарати. При преминаване през атмосферата на планетата тялото на апарата се нагрява в резултат на триене и веществото, което го покрива, започва да се изпарява. Докато се изпарява, се охлажда космически кораб, като по този начин го предпазва от прегряване.

Охлаждането на водата по време на нейното изпарение се използва и в инструменти, използвани за измерване на влажността на въздуха - психрометри(от гръцки “psychros” - студ). Психрометърът се състои от два термометъра. Единият от тях (сух) показва температурата на въздуха, а другият (чийто резервоар е обвързан с камбрик, спуснат във вода) показва по-ниска температура, поради интензивността на изпарение от мокрия камбрик. Колкото по-сух е въздухът, чиято влажност се измерва, толкова по-голямо е изпарението и следователно по-ниско е показанието на мокър термометър. И обратното, колкото по-висока е влажността на въздуха, толкова по-малко интензивно е изпарението и следователно толкова по-висока температура показва този термометър. Въз основа на показанията на сухи и влажни термометри, влажността на въздуха, изразена в проценти, се определя с помощта на специална (психрометрична) таблица. Най-високата влажност е 100% (при тази влажност на въздуха по предметите се появява роса). За човека най-благоприятна се счита влажността между 40 и 60%.

С помощта на прости експерименти е лесно да се установи, че скоростта на изпарение се увеличава с повишаване на температурата на течността, както и с увеличаване на площта на нейната свободна повърхност и при наличие на вятър.

Защо течността се изпарява по-бързо, когато има вятър? Факт е, че едновременно с изпарението на повърхността на течността протича и обратният процес - кондензация. Кондензацията възниква поради факта, че някои от молекулите на парата, движещи се произволно върху течността, се връщат отново в нея. Вятърът отнася молекулите, които излитат от течността, и не им позволява да се върнат обратно.

Кондензация може да възникне и когато парата не е в контакт с течността. Именно кондензацията например обяснява образуването на облаците: молекулите на водните пари, издигащи се над земята в по-студените слоеве на атмосферата, се групират в малки капчици вода, чиито натрупвания съставляват облаци. Кондензацията на водни пари в атмосферата също води до дъжд и роса.

Зависимост на температурата на кипене от налягането

Точката на кипене на водата е 100°C; някой може да си помисли, че това е присъщо свойство на водата, че водата, независимо къде и при какви условия е, винаги ще кипи при 100°C.

Но това не е така и жителите на високопланинските села го знаят добре.

Близо до върха на Елбрус има къща за туристи и научна станция. Начинаещите понякога се изненадват от „колко трудно е да сварите яйце във вряща вода“ или „защо врящата вода не гори“. При тези условия им се казва, че водата кипи на върха на Елбрус вече при 82°C.

какво става Какъв физически фактор пречи на явлението кипене? Какво е значението на надморската височина?

това физически факторе налягането, действащо върху повърхността на течността. Не е нужно да се изкачвате до върха на планината, за да проверите истинността на казаното.

Като поставите загрята вода под камбана и изпомпвате или изпомпвате въздух оттам, можете да се уверите, че точката на кипене се повишава с увеличаване на налягането и пада, когато намалява.

Водата кипи при 100°C само при определено налягане - 760 mm Hg. Чл. (или 1 atm).

Кривата на точката на кипене спрямо налягането е показана на фиг. 4.2. На върха на Елбрус налягането е 0,5 atm и това налягане съответства на точка на кипене от 82 ° C.

ориз. 4.2

Но вода, кипяща при 10-15 mm Hg. чл., можете да се освежите в горещо време. При това налягане точката на кипене ще падне до 10-15°C.

Можете дори да получите „вряща вода“, която има температура на замръзваща вода. За да направите това, ще трябва да намалите налягането до 4,6 mm Hg. Чл.

Интересна картина може да се наблюдава, ако поставите отворен съд с вода под камбаната и изпомпате въздуха. Изпомпването ще доведе до кипене на водата, но кипенето изисква топлина. Няма откъде да се вземе и водата ще трябва да отдаде енергията си. Температурата на врящата вода ще започне да пада, но докато изпомпването продължава, налягането също ще спадне. Следователно кипенето няма да спре, водата ще продължи да се охлажда и накрая ще замръзне.

Такъв цирей студена водавъзниква не само при изпомпване на въздух. Например, когато витлото на кораба се върти, налягането в бързо движещ се слой вода в близост до метална повърхност пада значително и водата в този слой кипи, т.е. в него се появяват множество мехурчета, пълни с пара. Това явление се нарича кавитация (от латинската дума cavitas - кухина).

Като намалим налягането, понижаваме точката на кипене. И като го увеличите? Графика като нашата отговаря на този въпрос. Налягане от 15 atm може да забави кипенето на водата, то ще започне само при 200 ° C, а налягане от 80 atm ще доведе до кипене на вода само при 300 ° C.

И така, определено външно налягане съответства на определена точка на кипене. Но това твърдение може да се „обърне“, като се каже следното: всяка точка на кипене на водата съответства на собственото си специфично налягане. Това налягане се нарича парно налягане.

Кривата, изобразяваща точката на кипене като функция от налягането, също е крива на налягането на парите като функция от температурата.

Числата, нанесени на графиката на точката на кипене (или на графиката на налягането на парите), показват, че налягането на парите се променя много рязко с температурата. При 0°C (т.е. 273 K) налягането на парите е 4,6 mmHg. Art., при 100°C (373 K) е равно на 760 mm Hg. чл., т.е. се увеличава 165 пъти. Когато температурата се удвои (от 0°C, т.е. 273 K, до 273°C, т.е. 546 K), налягането на парите се увеличава от 4,6 mm Hg. Чл. почти до 60 atm, т.е. приблизително 10 000 пъти.

Следователно, напротив, точката на кипене се променя с налягането доста бавно. Когато налягането се удвои от 0,5 atm на 1 atm, точката на кипене се повишава от 82°C (355 K) до 100°C (373 K), а когато налягането се удвои от 1 на 2 atm - от 100°C (373 K) до 120°C (393 K).

Същата крива, която сега разглеждаме, също контролира кондензацията (кондензацията) на пара във вода.

Парата може да се преобразува във вода чрез компресия или охлаждане.

Както по време на кипене, така и по време на кондензация, точката няма да се премести от кривата, докато не завърши превръщането на парата във вода или водата в пара. Това може да се формулира и така: при условията на нашата крива и само при тези условия е възможно съвместното съществуване на течност и пара. Ако топлината не се добавя или премахва, тогава количествата пара и течност в затворен съд ще останат непроменени. За такава пара и течност се казва, че са в равновесие, а парата, която е в равновесие с течността, се нарича наситена.

Кривата на кипене и кондензация, както виждаме, има друго значение: това е кривата на равновесие на течността и парата. Равновесната крива разделя полето на диаграмата на две части. Вляво и нагоре (към по-високи температури и по-ниско налягане) е областта стабилно състояниедвойка. Вдясно и надолу е областта на стабилното състояние на течността.

Кривата на равновесие пара-течност, т.е. кривата на зависимостта на точката на кипене от налягането или, което е същото, налягането на парите от температурата, е приблизително еднаква за всички течности. В някои случаи промяната може да бъде малко по-рязка, в други малко по-бавна, но налягането на парите винаги нараства бързо с повишаване на температурата.

Вече сме използвали думите „газ“ и „пара“ много пъти. Тези две думи са доста равни. Можем да кажем: водният газ е водна пара, кислородният газ е течна кислородна пара. Въпреки това се е развил известен навик при използването на тези две думи. Тъй като сме свикнали с определен сравнително малък температурен диапазон, обикновено използваме думата „газ“ за онези вещества, чиято еластичност на парите при обикновени температури е по-висока от атмосферното налягане. Напротив, говорим за пара, когато при стайна температура и атмосферно налягане веществото е по-стабилно под формата на течност.

кипене –Това е изпаряване, което се случва в обема на цялата течност при постоянна температура.

Процесът на изпаряване може да се случи не само от повърхността на течността, но и вътре в течността. Парните мехурчета в течността се разширяват и изплуват на повърхността, ако налягането на наситените пари е равно или по-голямо от външното налягане. Този процес се нарича кипене. Докато течността кипи, температурата й остава постоянна.

При температура 100 0 C налягането на наситената водна пара е равно на нормалното атмосферно налягане, следователно при нормално налягане водата кипи при 100 ° C. При температура 80 °C налягането на наситените пари е приблизително половината от нормалното атмосферно налягане. Следователно водата кипи при 80 °C, ако налягането над нея се намали до 0,5 нормално атмосферно налягане (фигура).

Когато външното налягане намалява, температурата на кипене на течността намалява; когато налягането се повишава, точката на кипене се повишава.

Точка на кипене на течността- Това е температурата, при която налягането на наситените пари в мехурчетата на течността е равно на външното налягане върху нейната повърхност.

Критична температура.

През 1861г Д. И. Менделеев установи, че за всяка течност трябва да има температура, при която разликата между течността и нейните пари изчезва. Менделеев го е кръстил абсолютна точка на кипене (критична температура).Няма фундаментална разлика между газ и пара. Обикновено газнаречено вещество в газообразно състояние, когато температурата му е над критичната, и ферибот- когато температурата е под критичната.

Критичната температура на дадено вещество е температурата, при която плътността на течността и плътността на нейните наситени пари стават еднакви.

Всяко вещество, което е в газообразно състояние, може да се превърне в течност. Всяко вещество обаче може да претърпи такава трансформация само при температури под определена стойност, специфична за всяко вещество, наречена критична температура Tc. При температури над критичната температура веществото не се превръща в течност при никакво налягане.

Моделът на идеалния газ е приложим за описание на свойствата на газове, които действително съществуват в природата в ограничен диапазон от температури и налягания. Когато температурата се понижи под критичната стойност за даден газ, действието на привличащите сили между молекулите вече не може да се пренебрегва и когато достатъчно високо кръвно наляганемолекулите на дадено вещество са свързани една с друга.

Ако веществото е при критична температура и критично налягане, тогава неговото състояние се нарича критично състояние.

(Когато водата се нагрява, разтвореният в нея въздух се освобождава по стените на съда и броят на мехурчетата непрекъснато се увеличава, а обемът им се увеличава. Ако обемът на мехурчето е достатъчно голям, силата на Архимед, действаща върху него, го разкъсва от долната повърхност и го повдига нагоре, а на мястото на отделилия се мехур остава зародишът на нов мехур, тъй като при нагряване на течността отдолу горните й слоеве са по-студени от долните, когато мехурът се издига, водната пара в него се кондензира и въздухът отново се разтваря във водата и обемът на мехурчето намалява, много мехурчета изчезват преди да достигнат повърхността на водата, а някои достигат повърхността В този момент има много малко въздух и пара, останали в тях, докато поради конвекцията температурата в цялата течност се изравни, обемът на мехурчетата ще се повиши. . Това се обяснява по следния начин. Когато същата температура се установи в цялата течност и мехурът се издигне, налягането на наситените пари вътре в мехура остава постоянно, а хидростатичното налягане (налягането на горния слой на течността) намалява, така че мехурът расте. Докато балонът расте, цялото пространство вътре в мехура се запълва с наситена пара. Когато такъв балон достигне повърхността на течността, налягането на наситените пари в него е равно на атмосферно наляганена повърхността на течността.)

ЗАДАЧИ

1. Относителната влажност при 20° C е 58%. При какво максимална температураще падне ли роса

2. Колко вода трябва да се изпари в 1000 ml въздух, чиято относителна влажност е 40% при 283 K, за да се овлажни до 40% при 290 K?

3. Въздухът с температура 303 K има точка на оросяване при 286 K. Определете абсолютната и относителната влажност на въздуха.

4. При 28° C относителната влажност на въздуха е 50%. Определете масата на росата, паднала от 1 km3 въздух, когато температурата падне до 12°C.

5. В помещение с обем 200 m3 относителната влажност на въздуха при 20° C е 70%. Определете масата на водните пари във въздуха на помещението.

Изпаряването може да възникне не само в резултат на изпаряване, но и по време на кипене. Нека разгледаме кипенето от енергийна гледна точка.

Винаги има малко въздух, разтворен в течност. При нагряване на течността количеството на разтворения в нея газ намалява, в резултат на което част от него се отделя под формата на малки мехурчета по дъното и стените на съда и върху неразтворени твърди частици, суспендирани в течността. Течността се изпарява в тези въздушни мехурчета. С течение на времето изпаренията в тях се насищат. При по-нататъшно нагряване налягането на наситените пари вътре в мехурчетата и техният обем се увеличават. Когато налягането на парите вътре в мехурчетата стане равно на атмосферното, те се издигат на повърхността на течността под въздействието на плаващата сила на Архимед, пукат се и от тях излиза пара. Изпаряването, което се случва едновременно от повърхността на течността и вътре в самата течност във въздушни мехурчета, се нарича кипене.Температурата, при която налягането на наситените пари в мехурчетата става равно на външното налягане, се нарича точка на кипене.

Тъй като при едни и същи температури наляганията на наситените пари на различните течности са различни, при различни температури те стават равни на атмосферното налягане. Това кара различни течности да кипят при различни температури. Това свойство на течностите се използва при сублимация на петролни продукти. При нагряване на маслото първо се изпаряват най-ценните, летливи части (бензин), които по този начин се отделят от „тежките“ остатъци (масла, мазут).

От факта, че кипенето възниква, когато налягането на наситените пари е равно на външното налягане върху течността, следва, че точката на кипене на течността зависи от външното налягане. Ако се увеличи, тогава течността кипи при по-висока температура, тъй като за да се постигне такова налягане наситена паранеобходимо е повече висока температура. Напротив, при понижено налягане течността кипи при по-ниска температура. Това може да се провери от опит. Загрейте водата в колбата до кипене и извадете спиртната лампа (фиг. 37, а). Водата спира да ври. След като затворим колбата със запушалка, ще започнем да отстраняваме въздуха и водните пари от нея с помпа, като по този начин намаляваме налягането върху водата, която в резултат на това кипи, като я принудим да заври в отворената колба, чрез изпомпване на въздух в колбата ще увеличим налягането на водата (фиг. 37, б) Нейното кипене спира. 1 атмводата кипи при 100° C, а при 10 атм- при 180° C. Тази зависимост се използва например в автоклави, в медицината за стерилизация, в кулинарията за ускоряване на варенето на хранителни продукти.

За да започне течността да кипи, тя трябва да се загрее до температура на кипене. За да направите това, трябва да придадете енергия на течността, например количеството топлина Q = cm(t° до - t° 0). При кипене температурата на течността остава постоянна. Това се случва, защото количеството топлина, отчетено по време на кипене, се изразходва не за увеличаване на кинетичната енергия на течните молекули, а за работата по разрушаване на молекулните връзки, т.е. за изпаряване. При кондензация, съгласно закона за запазване на енергията, се отделя пара средаколичеството топлина, изразходвано за изпаряване. Кондензацията възниква при точката на кипене, която остава постоянна по време на процеса на кондензация. (обяснете защо).

Нека създадем уравнение на топлинния баланс за изпарение и кондензация. Парата, взета при точката на кипене на течността, влиза във водата в калориметъра през тръба А (фиг. 38, а), кондензира в нея, давайки й количеството топлина, изразходвано за нейното производство. Водата и калориметърът получават количество топлина не само от кондензацията на парата, но и от течността, която се получава от нея. Данните за физическите величини са дадени в табл. 3.

Кондензиращата пара отдели количеството топлина Q p = rm 3(Фиг. 38, b). Получената от пара течност, охладена от t° 3 до θ°, отдава известно количество топлина Q 3 = c 2 m 3 (t 3 ° - θ °).

Калориметърът и водата, нагряване от t ° 2 до θ ° (фиг. 38, c), получиха количеството топлина

Q 1 = c 1 m 1 (θ° - t° 2); Q 2 = c 2 m 2 (θ° - t° 2).

Въз основа на закона за запазване и трансформация на енергията

Q p + Q 3 = Q 1 + Q 2,