Всички са запознати с картината: на котлона на огъня има тенджера с вода. Студената вода постепенно става гореща, така че на повърхността й се появяват първите мехурчета и скоро цялата тя весело кипи. Каква е топлината на изпаряване на водата? Някои от нас помнят от училищната програма, че температурата на водата при естествено атмосферно налягане не може да надвишава 100 °C. А тези, които не помнят или не вярват, могат да използват подходящия термометър и да се уверят, като спазват мерките за безопасност.
Но как може да бъде това? В крайна сметка огънят все още гори под тигана, отдава енергията си на течността и къде отива, ако не загрява водата? Отговор: Енергията се използва за превръщане на водата в пара.
Къде отива енергията
В обикновения живот ние сме свикнали с трите състояния на материята около нас: твърдо, течно и газове. В твърдо състояние молекулите са неподвижно фиксирани в кристалната решетка. Но това не означава пълната им неподвижност, при всяка температура, стига тя да е поне с градус по-висока от -273 ° C (това е абсолютна нула), молекулите вибрират. Освен това амплитудата на вибрациите зависи от температурата. При нагряване енергията се прехвърлячастици от вещество, и тези хаотични движения стават по-интензивни и след това достигат такава сила в определен момент, че молекулите напускат гнездата на решетката - веществото става течност.
В течно състояние молекулите са тясно свързани една с друга чрез силата на привличане, въпреки че не са фиксирани в определена точка от пространството. При по-нататъшно натрупване на топлина от веществото, хаотичните вибрации на част от молекулите стават толкова големи, че силата на привличане на молекулите една към друга се преодолява и те се разлитат. Температурата на веществото спира да се повишава, цялата енергия вече се прехвърля към следващите и следващите партиди частици и така, стъпка по стъпка, цялата вода от тигана изпълва кухнята под формата на пара.
Всяко вещество изисква определено количество енергия, за да извърши този процес. Топлината на изпаряване на водата, подобно на други течности, е крайна и има специфични стойности.
В какви единици се измерва
Всяка енергия (дори движение, дори топлина) се измерва в джаули. Джаул (J) е кръстен на известния учен Джеймс Джоул. Числено, енергия от 1 J може да се получи, ако определено тяло бъде избутано на разстояние от 1 метър със сила от 1 Нютон.
По-рано, за да измерват топлината, те използваха понятие като „калория“. Смятало се, че топлината е такова физическо вещество, което може да тече във или от всяко тяло. Колкото повече "изтича" във физическото тяло, толкова по-горещо е то. В старите учебници все още можете да намерите тази физическа величина. Но не е трудно да го преобразувате в джаули, достатъчно е да го умножите по 4,19.
Енергията, необходима за преобразуване на течности в газове, се нарича специфична топлина на изпаряване. Но как да го изчислим? Едно е да превърнеш епруветка с вода в пара, а друго е да превърнеш огромен корабен резервоар за парна машина.
Ето защо, например, за H2O, в топлотехниката те работят с концепцията за "специфична топлина на изпаряване на водата" (J / kg - мерна единица). И ключовата дума тук е "специфична". Счита се количеството енергия, което е необходимо, за да се превърне 1 кг течно вещество в пара.
Стойността е обозначена с латинската буква L. Стойността се измерва в джаули на 1 кг.
Колко енергия изисква водата
Специфичната топлина на изпаряване на водата се измерва, както следва: количеството N се излива в съда, довежда се до кипене. Енергията, изразходвана за изпаряване на един литър вода, ще бъде желаната стойност.
Измервайки каква е специфичната топлина на изпаряване на водата, учените бяха леко изненадани. За да се превърне в газ, водата изисква повече енергия от всички течности, обичайни на Земята: цялата линия от алкохоли, втечнени газове и дори повече от метали като живак и олово.
И така, топлината на изпаряване на водата се оказа 2,26 mJ/kg. За сравнение:
- за живак - 0,282 mJ/kg;
- оловото има 0,855 mJ/kg.
Ами ако е обратното?
Какво ще стане, ако обърнете процеса, накарате течността да кондензира? Нищо особено, има потвърждение на закона за запазване на енергията: при кондензиране на такаваот килограм течност от пара се отделя точно същото количество топлина, колкото е необходимо, за да се превърне обратно в пара. Следователно терминът „специфична топлина на изпаряване и кондензация“се среща по-често в справочните таблици.
Между другото, фактът, че топлината се абсорбира по време на изпаряване, се използва успешно в домакински и промишлени уреди за създаване на изкуствен студ.
