الجميع على دراية بالصورة: يوجد قدر من الماء على الموقد على النار. يصبح الماء من البرد ساخنًا تدريجيًا ، لذلك تظهر الفقاعات الأولى على سطحه ، وسرعان ما يغلي كل ذلك بمرح. ما هي حرارة تبخير الماء؟ يتذكر البعض منا من المناهج الدراسية أن درجة حرارة الماء عند الضغط الجوي الطبيعي لا يمكن أن تتجاوز 100 درجة مئوية. وأولئك الذين لا يتذكرون أو لا يؤمنون يمكنهم استخدام مقياس الحرارة المناسب والتأكد من مراعاة إجراءات السلامة.
لكن كيف يمكن أن يكون هذا؟ بعد كل شيء ، لا تزال النار تحترق تحت المقلاة ، وتتخلى عن طاقتها للسائل ، وأين تذهب إذا لم تسخن الماء؟ الجواب: تستخدم الطاقة لتحويل الماء الى بخار
أين تذهب الطاقة
في الحياة العادية ، اعتدنا على الحالات الثلاث للمادة من حولنا: الصلبة والسائلة والغازية. في الحالة الصلبة ، تكون الجزيئات ثابتة بشكل صارم في الشبكة البلورية. لكن هذا لا يعني ثباتها التام ، في أي درجة حرارة ، طالما أنها على الأقل درجة أعلى من -273 درجة مئوية (وهذا هو الصفر المطلق) ، فإن الجزيئات تهتز. علاوة على ذلك ، فإن سعة الاهتزاز تعتمد على درجة الحرارة. عند تسخينها ، يتم نقل الطاقةجزيئات مادة ما ، وتصبح هذه الحركات الفوضوية أكثر كثافة ، ثم تصل إلى مثل هذه القوة في لحظة معينة بحيث تترك الجزيئات أعشاش الشبكة - تصبح المادة سائلة.
في الحالة السائلة ، ترتبط الجزيئات ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض من خلال قوة الجذب ، على الرغم من أنها ليست ثابتة في نقطة معينة في الفضاء. مع زيادة تراكم الحرارة بواسطة المادة ، تصبح الاهتزازات الفوضوية لجزء من الجزيئات كبيرة جدًا بحيث يتم التغلب على قوة جذب الجزيئات لبعضها البعض ، وتتطاير متباعدة. تتوقف درجة حرارة المادة عن الارتفاع ، ويتم الآن نقل كل الطاقة إلى الدفعة التالية والتالية من الجزيئات ، وهكذا ، خطوة بخطوة ، كل الماء من المقلاة يملأ المطبخ على شكل بخار.
تتطلب كل مادة قدرًا معينًا من الطاقة لتنفيذ هذه العملية. حرارة تبخير الماء ، مثل السوائل الأخرى ، محدودة ولها قيم محددة.
ما هي الوحدات التي يتم قياسها
أي طاقة (حتى الحركة ، حتى الحرارة) تقاس بالجول. سُمي الجول (ي) على اسم العالم الشهير جيمس جول. عدديًا ، يمكن الحصول على طاقة مقدارها 1 J إذا تم دفع جسم معين على مسافة متر واحد بقوة 1 نيوتن.
سابقًا ، لقياس الحرارة ، استخدموا مفهومًا مثل "السعرات الحرارية". كان يعتقد أن الحرارة هي مادة فيزيائية يمكن أن تتدفق داخل أو خارج أي جسم. كلما "تسربت" إلى الجسد المادي ، زادت سخونتها. في الكتب المدرسية القديمة ، لا يزال بإمكانك العثور على هذه الكمية المادية. لكن ليس من الصعب تحويلها إلى جول ، يكفي الضرب في 4 ،19.
الطاقة المطلوبة لتحويل السوائل إلى غازات تسمى الحرارة النوعية للتبخر. لكن كيف تحسبها؟ تحويل أنبوب اختبار الماء إلى بخار شيء ، وشيء آخر تحويل خزان محرك بخاري ضخم للسفينة.
لذلك ، على سبيل المثال ، بالنسبة لـ H2O ، في الهندسة الحرارية ، فإنها تعمل بمفهوم "الحرارة النوعية لتبخير الماء" (J / kg - وحدة القياس). والكلمة الرئيسية هنا هي "محدد". تعتبر كمية الطاقة اللازمة لتحويل 1 كجم من المادة السائلة إلى بخار
تتم الإشارة إلى القيمة بالحرف اللاتيني L. ويتم قياس القيمة بالجول لكل 1 كجم.
مقدار الطاقة التي يحتاجها الماء
يتم قياس الحرارة النوعية لتبخير الماء على النحو التالي: كمية النيتروجين التي تُسكب في الحاوية وتُغلى. ستكون الطاقة المستهلكة في تبخير لتر من الماء هي القيمة المرغوبة
قياس الحرارة النوعية لتبخير الماء ، فوجئ العلماء قليلاً. لكي يتحول الماء إلى غاز ، يتطلب طاقة أكثر من جميع السوائل الشائعة على الأرض: الخط الكامل للكحوليات والغازات المسيلة وحتى أكثر من المعادن مثل الزئبق والرصاص.
إذن ، تبين أن حرارة تبخر الماء بلغت 2.26 مللي جول / كجم. للمقارنة:
- للزئبق - 0.282 مللي جول / كجم ؛
- الرصاص يحتوي على 0.855 مللي جول / كجم.
ماذا لو كان العكس؟
ماذا يحدث إذا قمت بعكس العملية ، وجعل السائل يتكثف؟ لا شيء خاص ، هناك تأكيد لقانون الحفاظ على الطاقة: عند تكثيف واحدمن كيلوغرام من السائل من البخار ، يتم إطلاق نفس كمية الحرارة بالضبط التي يتم إطلاقها لتحويلها مرة أخرى إلى بخار. لذلك ، غالبًا ما يوجد مصطلح "الحرارة النوعية للتبخر والتكثيف" في الجداول المرجعية.
بالمناسبة ، حقيقة أن الحرارة التي يتم امتصاصها أثناء التبخر تستخدم بنجاح في الأجهزة المنزلية والصناعية لخلق برودة صناعية.
