§ 15. Кипіння. Температура кипіння. Питома теплота пароутворення

Мабуть, кожному з вас доводилося спостерігати, як закипає в посудині вода. При підвищенні температури води у ній з’являються дрібні бульбашки. Вони утворюються з повітря, розчиненого у воді.

У бульбашках містяться водяна пара, що утворюється внаслідок випаровування води в об’ємі бульбашок. З підвищенням температури кількість і об’єм бульбашок збільшується, збільшується також тиск пари всередині бульбашок. Під дією виштовхувальної сили бульбашки піднімаються на поверхню рідини, лопаються і з них виділяється пара (мал. 28). Процес пароутворення, що відбувається з усього об’єму рідини, називається кипінням. Під час кипіння температура рідини не змінюється.

Від чого залежить температура кипіння рідини? Бульбашки піднімаються до поверхні рідини, коли тиск пари в них рівний тиску на поверхні рідини. За нормального атмосферного тиску вода кипить при 100 С.

Зніміть колбу зі спиртівки, закрийте корком та облийте холодною водою. Вода в колбі знову закипить (Поясніть, чому).

Якщо налити у щільно закриту посудину, наприклад, у скороварку (мал. 29) води і почати її нагрівати, то процес кипіння розпочнеться не при IOO^aC, а при більш високій температурі. Так, при тиску

в 1300 гПа вода закипить при 108 С, при 1500 гПа — при 111 C і т.д. Залежність температури кипіння води від тиску показана на графіку мал. ЗО. З графіка видно, що підвищення тиску приводить до зростання температури кипіння. Це явище і використовується у скороварці.

Необхідність швидко варити пов’язана із тим, що вітаміни не витримують довгого кип’ятіння. Тому коли помістити овочі у скороварку, вода закипить при вищій температурі і овочі потрібно буде варити менший час (5—10 хв). За цей час вони будуть готові до вживання і в них збережуться вітаміни. Зміна тиску в каструлі досягається спеціальним регулювальним пристроєм.

Кількість теплоти, що необхідна для перетворення рідини у пару, пропорційна її масі. Коефіцієнт пропорційності г (ер) називають питомою теплотою пароутворення.

Питома теплота пароутворення визначає кількість теплоти, яка необхідна для перетворення у пару одиниці маси рідини без зміни температури.

Для визначення питомої теплоти пароутворення води можна провести такий дослід. Наллємо у посудину 1л води (яі_Е=1 кг).

У воду зануримо нагрівач відомої потужності (наприклад, 1000 Вт). Доведемо воду до кипіння і будемо кип’ятити певний час (наприклад, 3 хв.). Щоб визначити, скільки води випарувалося, виміряємо об’єм води, що залишилася в посудині. Кип’ятимо воду ще 3 хв. Знову визначаємо об’єм води, що залишився, і кип’ятимо воду 3 хв. Повторивши дослід декілька разів, визначаємо середню масу води, що випарувалася протягом 3 хв (~ 75 г). З досліду випливає, що для випаровування 75 грамів води потрібно 180 кДж теплоти. Розрахунки показують, що для випаровування 1 кг води потрібно приблизно 2400 кДж енергії. Подумайте, чому це значення відмінне від поданого в таблиці 4.

Таблиця 4. Температура кипіння та питома теплота пароутворення

деяких речовин

Таким чином, з досліду ми визначили питому теплоту пароутворення — кількість теплоти, що потрібна для переведення у газоподібний стан одиниці маси рідини при температурі кипіння. У CI питому теплоту пароутворення г (ер) вимірюють у Дж/кг. Кількість

теплоти, що необхідна для перетворення у пару при температурі кипіння рідини масою т, буде рівна:

Кількість теплоти, яка необхідна для перетворення 1 кг рідини у пару без зміни температури, називається питомою теплотою пароутворення. Така сама кількість теплоти виділяється при конденсації 1 кг пари при температурі кипіння.

Ч> 1. Що називається кипінням? 2. Чи однакова температура кипіння у різних речовин? Чому? 3. Що таке питома теплота пароутворення? 4. У яких одиницях вимірюється питома теплота пароутворення у СІ? 5. На що витрачається енергія нагрівника в процесі випаровування рідини?

? 1. На нагрівник потужністю 1 кВт поставили колбу з 1 л води при 2СГС. Вважаючи ККД нагрівника рівним ЗО %, визначте, через який час закипить вода? 2. Чому опік парою небезпечніший, ніж водою при 100‘С?

1. Для нагрівання 200 г молока, що мало температуру 15 ‘С, впустили 20 г водяної пари при 100 °С. Яка температура молока? Питому теплоємність молока вважайте такою ж, як і води. 2. У склянку налили 200 г води з-під крана (15Ό). Об’єм склянки 220 см^а. Воду вирішили довести до кипіння, впускаючи у неї пару (100 °С). Скільки буде води, коли вона закипить? Чи поміститься вона у склянці?

Це матеріал з підручника Фізика 8 клас Гуз