§ 17. Питома теплота пароутворення

Під час випаровування з рідини вилітають найбільш швидкі молекули. Тому випаровування спричиняє зниження температури рідини. Щоб температура рідини не знижувалася, до неї необхідно підводити певну кількість теплоти.

Найінтенсивніше випаровування відбувається під час кипіння. Як тільки чайник, в якому кипить вода, зняти з плити, кипіння відразу припиняється. Щоб підтримувати кипіння рідини, вже нагрітої до температури кипіння, необхідно продовжувати підводити до неї теплоту. При цьому з’ясовується наступне: щоб випарувати однакові кількості різних рідин за незмінної температури, потрібно надавати їм різну кількість теплоти. Так, щоб перетворити на пару 1 кг води, яка кипить, потрібно передати їй 2260 кДж теплоти. Випаровування 1 кг ефіру за його температури кипіння потребує лише 373 кДж теплоти.

Кількість теплоти, яка потрібна для перетворення 1 кг рідини на пару без зміни температури, є питомою теплотою пароутворення.

Питома

теплота пароутворення у різних рідин різна. Дещо різниться вона і у випадках випаровування за різних температур. У табл. 1.5 наведено значення питомої теплоти пароутворення деяких рідин за температури кипіння.

Виникає низка питань. Чому, щоб підтримувати кипіння, потрібно постійно підводити теплоту? Чому не змінюється тем-

Таблиця 1.5. Питома теплота пароутворення деяких рідин за температури кипіння

пература під час кипіння рідини? Щоб відповісти на них, пригадаємо будову рідин і газів (пари).

Рідина та її пара складаються з одних і тих самих молекул. В однакових масах рідини й пари однієї й тієї самої речовини кількості молекул однакові. Проте швидкості руху молекул пари (газу) і відстані між ними значно більші, ніж швидкості і відстані між цими молекулами у рідині. Щоб перетворити рідину на пару за тієї самої температури, необхідно збільшити швидкості руху її молекул та відстані між ними, подолати сили їх взаємного притягання. Тепло, яке надходить від нагрівника, витрачається на те, щоб збільшити внутрішню енергію пари порівняно з рідиною. Усе тепло, що надходить, витрачається на збільшення швидкостей молекул, які вилітають із рідини, і відстаней між ними. Тому за однакової температури пари і рідини внутрішня енергія пари значно більша.

Питома теплота пароутворення показує, наскільки внутрішня енергія 1 кг пари більша за внутрішню енергію 1 кг рідини за тієї самої температури.

Питома теплота конденсації. Під час конденсації пара перетворюється на рідину. Внутрішня енергія рідини менша, адже швидкості молекул і відстані між ними у рідині менші, ніж коли речовина перебуває в газоподібному стані. Тому під час конденсації пари в навколишнє середовище виділяється певна кількість теплоти. У цьому можна легко переконатися. Якщо пару, яка утворюється в колбі під час кипіння, за допомогою трубки спрямувати в посудину з холодною водою, то внаслідок конденсації пари вода в посудині швидко нагріється. При перетворенні пари на рідину виділяється така

сама кількість теплоти, як і під час пароутворення за тієї самої температури.

Питома теплота конденсації чисельно дорівнює питомій теплоті пароутворення за тієї самої температури і

так само позначається — літерою r.

Внутрішня енергія 1 кг водяної пари за температури 100 °С на 2300 кДж більша за енергію 1 кг води за тієї самої температури. Тому під час конденсації кожен кілограм пари виділяє значну кількість теплоти, яку надалі можна використовувати. Зокрема, на теплових електростанціях відпрацьована в парових турбінах пара застосовується для нагрівання води для опалення будинків та для інших потреб.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1.    Що називають питомою теплотою пароутворення?

2.    Чому протягом усього процесу кипіння температура рідини залишається постійною?

3.    Є однакові маси рідини і пари, температури яких однакові (температури кипіння). Чи однакові їх внутрішні енергії?

4.    Про що свідчить питома теплота пароутворення?

5.    Що називають питомою теплотою конденсації?

6.    Чому температура води у відкритій склянці завжди дещо нижча за температуру повітря в кімнаті?

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Бойко