Resme herkes aşinadır: Ocakta ateşin üzerinde bir kap su vardır. Soğuktan gelen su yavaş yavaş ısınır, bu nedenle yüzeyinde ilk kabarcıklar belirir ve yakında hepsi neşeyle kaynar. Suyun buharlaşma ısısı nedir? Bazılarımız okul müfredatından doğal atmosfer basıncında suyun sıcaklığının 100 °C'yi geçemeyeceğini hatırlıyor. Ve hatırlamayanlar veya inanmayanlar uygun termometreyi kullanabilir ve güvenlik önlemlerine uyarak emin olabilir.
Fakat bu nasıl olabilir? Sonuçta ateş hala tencerenin altında yanıyor, enerjisini sıvıya veriyor ve suyu ısıtmazsa nereye gidiyor? Cevap: Suyu buhara dönüştürmek için enerji kullanılır.
Enerji nereye gidiyor
Sıradan yaşamda, maddenin etrafımızdaki üç durumuna alışkınız: katı, sıvı ve gazlar. Katı halde, moleküller kristal kafes içinde katı bir şekilde sabitlenir. Ancak bu, -273 ° C'den en az bir derece daha yüksek olduğu sürece (bu mutlak sıfırdır), herhangi bir sıcaklıkta tam hareketsizlikleri anlamına gelmez, moleküller titreşir. Ayrıca, titreşimin genliği sıcaklığa bağlıdır. Isıtıldığında, enerji aktarılırbir maddenin parçacıkları ve bu kaotik hareketler daha yoğun hale gelir ve daha sonra belirli bir anda öyle bir kuvvete ulaşır ki moleküller kafesin yuvalarını terk eder - madde sıvı hale gelir.
Sıvı halde, moleküller uzayda belirli bir noktada sabitlenmiş olmasalar da çekim kuvvetiyle birbirleriyle yakından ilişkilidir. Madde tarafından daha fazla ısı birikimi ile, moleküllerin bir kısmının kaotik titreşimleri o kadar büyük olur ki, moleküllerin birbirlerine olan çekim kuvveti aşılır ve birbirlerinden uzaklaşırlar. Maddenin sıcaklığı yükselmeyi durdurur, tüm enerji şimdi sonraki ve sonraki parçacık yığınlarına aktarılır ve böylece adım adım tavadaki tüm su mutfağı buhar şeklinde doldurur.
Her madde bu işlemi gerçekleştirmek için belirli bir miktarda enerji gerektirir. Diğer sıvılar gibi suyun buharlaşma ısısı sonludur ve belirli değerlere sahiptir.
Hangi birimlerle ölçülür
Herhangi bir enerji (hatta hareket, hatta ısı) joule cinsinden ölçülür. Joule (J) adını ünlü bilim adamı James Joule'den almıştır. Sayısal olarak, belirli bir cisim 1 Newton'luk bir kuvvetle 1 metre mesafeye itilirse 1 J'lik bir enerji elde edilebilir.
Önceden, ısıyı ölçmek için “kalori” gibi bir kavram kullanıyorlardı. Isının, herhangi bir cismin içine veya dışına akabilen fiziksel bir madde olduğuna inanılıyordu. Fiziksel bedene ne kadar çok "sızarsa" o kadar sıcak olur. Eski ders kitaplarında bu fiziksel niceliği hala bulabilirsiniz. Ama joule çevirmek zor değil, 4 ile çarpmak yeterli,19.
Sıvıları gazlara dönüştürmek için gereken enerjiye buharlaşmanın özgül ısısı denir. Ama nasıl hesaplanır? Bir test tüpünü suyu buhara dönüştürmek başka şey, büyük bir geminin buhar motoru deposunu çevirmek başka bir şey.
Bu nedenle, örneğin, H2O için, ısı mühendisliğinde "suyun özgül buharlaşma ısısı" kavramıyla çalışırlar (J / kg - ölçü birimi). Ve buradaki anahtar kelime "spesifik". 1 kg sıvı maddeyi buhara dönüştürmek için gerekli olan enerji miktarı olarak kabul edilir.
Değer Latin harfi L ile gösterilir. Değer 1 kg başına joule cinsinden ölçülür.
Su ne kadar enerji gerektirir
Suyun özgül buharlaşma ısısı şu şekilde ölçülür: N miktarı kaba dökülür, kaynatılır. Bir litre suyun buharlaşması için harcanan enerji istenilen değer olacaktır.
Suyun özgül buharlaşma ısısının ne olduğunu ölçen bilim adamları biraz şaşırdılar. Suyun gaza dönüşmesi için Dünya'da yaygın olarak bulunan tüm sıvılardan daha fazla enerji gerekir: tüm alkoller, sıvılaştırılmış gazlar ve hatta cıva ve kurşun gibi metallerden daha fazlası.
Yani, suyun buharlaşma ısısı 2.26 mJ/kg çıktı. Karşılaştırma için:
- cıva için - 0.282 mJ/kg;
- kurşun 0.855 mJ/kg'a sahiptir.
Ya tam tersi olursa?
İşlemi tersine çevirip sıvıyı yoğunlaştırırsanız ne olur? Özel bir şey yok, enerjinin korunumu yasasının bir teyidi yoktur: bir tanesini yoğunlaştırırkenBir kilogram sıvının buhardan elde edilmesi, onu tekrar buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarıyla tam olarak aynı miktarda açığa çıkar. Bu nedenle, "özgül buharlaşma ve yoğuşma ısısı" terimi daha çok referans tablolarında bulunur.
Bu arada, buharlaşma sırasında ısının emilmesi, yapay soğuk oluşturmak için ev ve endüstriyel cihazlarda başarıyla kullanılmaktadır.
