Toată lumea este familiarizată cu imaginea: pe aragaz pe foc este o oală cu apă. Apa de la rece devine treptat fierbinte, astfel încât primele bule apar pe suprafața ei și, în curând, totul clocotește vesel. Care este căldura de vaporizare a apei? Unii dintre noi își amintesc din programa școlară că temperatura apei la presiunea atmosferică naturală nu poate depăși 100 °C. Iar cei care nu-și amintesc sau nu cred pot folosi termometrul corespunzător și să se asigure, respectând măsurile de siguranță.
Dar cum poate fi asta? La urma urmei, focul încă arde sub tigaie, își renunță energie la lichid și unde se duce dacă nu încălzește apa? Răspuns: Energia este folosită pentru a transforma apa în abur.
Unde merge energia
În viața obișnuită, suntem obișnuiți cu cele trei stări ale materiei din jurul nostru: solid, lichid și gazos. În stare solidă, moleculele sunt fixate rigid în rețeaua cristalină. Dar asta nu înseamnă imobilitatea lor completă, la orice temperatură, atâta timp cât este cu cel puțin un grad mai mare de -273 ° C (acesta este zero absolut), moleculele vibrează. Mai mult, amplitudinea vibrației depinde de temperatură. Când este încălzit, energia este transferatăparticulele unei substanțe, iar aceste mișcări haotice devin mai intense și apoi ating o astfel de forță la un moment dat, încât moleculele părăsesc cuiburile rețelei - substanța devine lichidă.
În stare lichidă, moleculele sunt strâns legate între ele prin forța de atracție, deși nu sunt fixate într-un anumit punct al spațiului. Odată cu acumularea suplimentară de căldură de către substanță, vibrațiile haotice ale unei părți a moleculelor devin atât de mari încât forța de atracție a moleculelor unul față de celăl alt este depășită și ele zboară separat. Temperatura substanței încetează să crească, toată energia este acum transferată la următoarele și următoarele loturi de particule și astfel, pas cu pas, toată apa din tigaie umple bucătăria sub formă de abur.
Fiecare substanță necesită o anumită cantitate de energie pentru a efectua acest proces. Căldura de vaporizare a apei, ca și alte lichide, este finită și are valori specifice.
În ce unități se măsoară
Orice energie (chiar mișcarea, chiar și căldura) se măsoară în jouli. Joule (J) poartă numele celebrului om de știință James Joule. Numeric, se poate obține o energie de 1 J dacă un anumit corp este împins la o distanță de 1 metru cu o forță de 1 Newton.
Anterior, pentru a măsura căldura, au folosit un astfel de concept ca „calorie”. Se credea că căldura este o astfel de substanță fizică care poate curge în sau din orice corp. Cu cât „s-a scurs” mai mult în corpul fizic, cu atât este mai fierbinte. În manualele vechi, încă mai puteți găsi această cantitate fizică. Dar nu este dificil să îl convertiți în jouli, este suficient să înmulțiți cu 4,19.
Energia necesară pentru a transforma lichidele în gaze se numește căldură specifică de vaporizare. Dar cum se calculează? Una este să transformi o eprubetă cu apă în abur și alta este să transformi rezervorul uriaș al motorului cu abur al unei nave.
De aceea, de exemplu, pentru H2O, în ingineria termică funcționează cu conceptul de „căldură specifică de vaporizare a apei” (J/kg - unitate de măsură). Și cuvântul cheie aici este „specific”. Se consideră cantitatea de energie necesară pentru a transforma 1 kg de substanță lichidă în abur.
Valoarea este indicată de litera latină L. Valoarea este măsurată în jouli pe 1 kg.
Câtă energie necesită apa
Caldura specifica de vaporizare a apei se masoara astfel: cantitatea de N se toarna in recipient, se aduce la fierbere. Energia cheltuită pentru vaporizarea unui litru de apă va fi valoarea dorită.
Măsurând care este căldura specifică de vaporizare a apei, oamenii de știință au fost ușor surprinși. Pentru a se transforma într-un gaz, apa necesită mai multă energie decât toate lichidele comune pe Pământ: întreaga linie de alcooli, gaze lichefiate și chiar mai mult decât metale precum mercurul și plumbul.
Deci, căldura de vaporizare a apei s-a dovedit a fi de 2,26 mJ/kg. Pentru comparație:
- pentru mercur - 0,282 mJ/kg;
- plumb are 0,855 mJ/kg.
Dar dacă este invers?
Ce se întâmplă dacă inversați procesul, faceți lichidul să se condenseze? Nimic special, există o confirmare a legii conservării energiei: la condensarea uneiaa unui kilogram de lichid din abur, se eliberează exact aceeași cantitate de căldură cât este nevoie pentru a-l transforma înapoi în abur. Prin urmare, termenul „căldura specifică de vaporizare și condensare” se găsește mai des în tabelele de referință.
Apropo, faptul că căldura este absorbită în timpul evaporării este folosit cu succes în aparatele de uz casnic și industriale pentru a crea frigul artificial.
