اعتماد الغليان على الضغط الخارجي. سوائل الغليان. اعتماد درجة الغليان على الضغط. بخار مفرط التبريد والسائل شديد السخونة

يمكن أن يحدث التبخر ليس فقط نتيجة التبخر ، ولكن أيضًا أثناء الغليان. دعونا نفكر في الغليان من وجهة نظر نشطة.

دائمًا ما يتم إذابة كمية معينة من الهواء في سائل. عند تسخين السائل ، تقل كمية الغاز المذاب فيه ، ونتيجة لذلك يتم إطلاق جزء منه في شكل فقاعات صغيرة على قاع وجدران الوعاء وعلى جسيمات صلبة غير منحلة معلقة في السائل. يتبخر السائل في فقاعات الهواء هذه. بمرور الوقت ، تصبح الأبخرة فيها مشبعة. مع مزيد من التسخين ، يزيد ضغط البخار المشبع داخل الفقاعات ويزداد حجمها. عندما يصبح ضغط البخار داخل الفقاعات مساويًا للضغط الجوي ، فإنها ترتفع إلى سطح السائل تحت تأثير قوة طفو أرخميدس ، وتنفجر ، ويهرب البخار منها. يُطلق على التبخير ، الذي يحدث في وقت واحد من سطح السائل وداخل السائل نفسه إلى فقاعات هواء ، الغليان.تسمى درجة الحرارة التي يصبح عندها ضغط البخار المشبع في الفقاعات مساوياً للضغط الخارجي نقطة الغليان.

نظرًا لأن ضغوط الأبخرة المشبعة للسوائل المختلفة عند نفس درجة الحرارة تختلف ، عند درجات حرارة مختلفة تصبح متساوية الضغط الجوي. يؤدي ذلك إلى غليان سوائل مختلفة عند درجات حرارة مختلفة. تُستخدم خاصية السوائل هذه في تسامي المنتجات البترولية. عند تسخين الزيت ، تكون أجزائه الأكثر تطايرًا (البنزين) هي أول ما يتبخر ، وبالتالي يتم فصله عن المخلفات "الثقيلة" (الزيوت وزيت الوقود).

من حقيقة أن الغليان يحدث عندما يكون ضغط البخار المشبع مساويًا للضغط الخارجي على السائل ، فإن ذلك يعني أن نقطة غليان السائل تعتمد على الضغط الخارجي. إذا تم زيادته ، فإن السائل يغلي عند درجة حرارة أعلى ، حيث يلزم ارتفاع درجة الحرارة للأبخرة المشبعة للوصول إلى هذا الضغط. على العكس من ذلك ، عند الضغط المنخفض ، يغلي السائل عند درجة حرارة منخفضة. يمكن التحقق من ذلك من خلال التجربة. نقوم بتسخين الماء في القارورة ليغلي ونزيل المصباح الروحي (الشكل 37 ، أ). توقف غليان الماء. بعد إغلاق القارورة بسدادة ، سنبدأ في إزالة الهواء وبخار الماء منه بمضخة ، وبالتالي تقليل الضغط على الماء الذي "يغلي نتيجة لذلك. وبعد أن نجعله يغلي في دورق مفتوح ، فإننا سيزيد الضغط على الماء عن طريق ضخ الهواء في القارورة (الشكل 37 ، ب) يتوقف الغليان. 1 أجهزة الصراف الآلييغلي الماء عند 100 درجة مئوية وعند 10 أجهزة الصراف الآلي- عند 180 درجة مئوية ، يتم استخدام هذا الاعتماد ، على سبيل المثال ، في أجهزة التعقيم ، في الطب للتعقيم ، في الطبخ لتسريع طهي المنتجات الغذائية.

لكي يبدأ السائل في الغليان ، يجب تسخينه إلى درجة الغليان. للقيام بذلك ، من الضروري نقل الطاقة إلى السائل ، على سبيل المثال ، كمية الحرارة س = سم (ر ° إلى - ر ° 0). عند الغليان ، تظل درجة حرارة السائل ثابتة. يحدث هذا لأن كمية الحرارة التي يتم الإبلاغ عنها أثناء الغليان لا يتم إنفاقها على زيادة الطاقة الحركية لجزيئات السائل ، ولكن في عمل تكسير الروابط الجزيئية ، أي على التبخير. أثناء التكثيف ، يعطي البخار ، وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة ، البيئة كمية من الحرارة التي يتم إنفاقها على التبخير. يحدث التكثيف عند نقطة الغليان ، والتي تظل ثابتة أثناء عملية التكثيف. (اشرح السبب).

دعونا نؤلف معادلة توازن الحرارة للتبخير والتكثيف. يدخل البخار ، المأخوذ عند نقطة غليان السائل ، الماء في المسعر من خلال الأنبوب أ (الشكل 38 ، أ) ، ويتكثف فيه ، مما يمنحه كمية الحرارة التي يتم إنفاقها للحصول عليها. في هذه الحالة ، يتلقى الماء والمسعر كمية من الحرارة ليس فقط من تكثيف البخار ، ولكن أيضًا من السائل الذي يتم الحصول عليه منه. يتم إعطاء بيانات الكميات المادية في الجدول. 3.

أعطى بخار التكثيف كمية الحرارة س ص \ u003d جمهورية مقدونيا 3(الشكل 38 ، ب). السائل الناتج من البخار ، بعد تبريده من ° 3 إلى θ ° ، يتخلى عن كمية الحرارة س 3 \ u003d ص 2 م 3 (ر 3 ° - θ °).

تلقى المسعر والماء ، بالتسخين من t ° 2 إلى θ ° (الشكل 38 ، ج) ، كمية الحرارة

س 1 \ u003d ص 1 م 1 (θ ° - ر ° 2) ؛ س 2 \ u003d ج ​​2 م 2 (θ ° - ر ° 2).

بناء على قانون الحفاظ على الطاقة وتحويلها

س ص + س 3 \ u003d س 1 + س 2 ،

استخدام ظاهرة التبريد السائل أثناء التبخر ؛ اعتماد درجة غليان الماء على الضغط.

أثناء التبخير ، تنتقل المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (البخار). هناك نوعان من التبخير: التبخر والغليان.

تبخريحدث التبخر من السطح الحر للسائل.

كيف يحدث التبخر؟ نحن نعلم أن جزيئات أي سائل في حالة حركة مستمرة وفوضوية ، حيث يتحرك بعضها بشكل أسرع والبعض الآخر يتحرك بشكل أبطأ. قوى الجذب لبعضهم البعض تمنعهم من الطيران. ومع ذلك ، إذا ظهر جزيء له طاقة حركية كبيرة بما يكفي بالقرب من سطح السائل ، فيمكنه التغلب على قوى الجذب بين الجزيئات ويطير خارج السائل. سوف يتكرر نفس الشيء مع جزيء سريع آخر ، مع الجزيء الثاني ، والثالث ، وما إلى ذلك. عندما تطير للخارج ، تشكل هذه الجزيئات بخارًا فوق السائل. تشكيل هذا البخار هو التبخر.

نظرًا لأن أسرع الجزيئات تفلت من السائل أثناء التبخر ، فإن متوسط ​​الطاقة الحركية للجزيئات المتبقية في السائل يصبح أصغر وأصغر. نتيجة ل تنخفض درجة حرارة السائل المتبخر: السائل يبرد. لهذا السبب ، على وجه الخصوص ، يشعر الشخص الذي يرتدي ملابس مبللة بالبرودة أكثر من الملابس الجافة (خاصة عندما يكون الجو عاصفًا).

في الوقت نفسه ، يعلم الجميع أنه إذا سكبت الماء في كوب وتركته على الطاولة ، فعلى الرغم من التبخر ، فلن يبرد باستمرار ، وسيصبح أكثر برودة أكثر فأكثر حتى يتجمد. ما الذي يمنع هذا؟ الجواب بسيط للغاية: التبادل الحراري للماء مع الهواء الدافئ المحيط بالزجاج.

يكون تبريد السائل أثناء التبخر أكثر وضوحًا عندما يحدث التبخر بسرعة كافية (بحيث لا يتوفر للسائل الوقت لاستعادة درجة حرارته بسبب التبادل الحراري مع بيئة). تتبخر السوائل المتطايرة بسرعة ، حيث تكون قوى الجذب بين الجزيئات صغيرة ، مثل الأثير والكحول والبنزين. إذا أسقطت مثل هذا السائل على يدك ، فسوف نشعر بالبرد. يتبخر هذا السائل من سطح اليد ، وسوف يبرد ويسحب منه بعض الحرارة.

تستخدم مواد التبخير على نطاق واسع في الهندسة. على سبيل المثال ، في تكنولوجيا الفضاء ، يتم طلاء مركبات الهبوط بهذه المواد. عند المرور عبر الغلاف الجوي للكوكب ، ترتفع درجة حرارة جهاز الجسم نتيجة الاحتكاك ، وتبدأ المادة التي تغطيه في التبخر. يؤدي التبخير إلى تبريد المركبة الفضائية ، وبالتالي إنقاذها من ارتفاع درجة الحرارة.

يستخدم تبريد الماء أثناء التبخر أيضًا في الأجهزة المستخدمة لقياس رطوبة الهواء - مقياس رطوبة الجو(من اليونانية "psychros" - الباردة). يتكون مقياس رطوبة الجو من ميزانين للحرارة. يُظهر أحدهما (جاف) درجة حرارة الهواء ، والآخر (خزانه مرتبط بالكامبريك ، ويتم إنزاله في الماء) - درجة حرارة منخفضة بسبب شدة التبخر من الباتيست الرطب. كلما كان الهواء الذي يتم قياس رطوبته أكثر جفافاً ، كان التبخر أقوى ، وبالتالي انخفضت قراءة البصيلة الرطبة. على العكس من ذلك ، كلما زادت رطوبة الهواء ، قل التبخر ، وبالتالي زادت درجة حرارة عاليةيظهر هذا ميزان الحرارة. بناءً على قراءات موازين الحرارة الجافة والمبللة ، باستخدام جدول خاص (مقياس نفسي) ، يتم تحديد رطوبة الهواء ، معبرًا عنها بالنسبة المئوية. أعلى نسبة رطوبة هي 100٪ (عند هذه الرطوبة ، يظهر الندى على الأشياء). بالنسبة للفرد ، تعتبر الرطوبة الأفضل في حدود 40 إلى 60٪.

بمساعدة التجارب البسيطة ، من السهل إثبات أن معدل التبخر يزداد مع زيادة درجة حرارة السائل ، وكذلك مع زيادة مساحة سطحه الحرة وفي وجود الرياح.

لماذا يتبخر السائل بشكل أسرع في وجود الرياح؟ الحقيقة هي أنه في نفس الوقت مع التبخر على سطح السائل ، تحدث العملية العكسية - تركيز. يحدث التكثيف بسبب حقيقة أن جزءًا من جزيئات البخار ، يتحرك بشكل عشوائي فوق السائل ، ويعود إليه مرة أخرى. تحمل الرياح الجزيئات التي خرجت من السائل بعيدًا ولا تسمح لها بالعودة مرة أخرى.

يمكن أن يحدث التكثف أيضًا عندما لا يتلامس البخار مع السائل. إن التكثيف ، على سبيل المثال ، هو الذي يفسر تكوين الغيوم: جزيئات بخار الماء التي ترتفع فوق الأرض في الطبقات الباردة من الغلاف الجوي يتم تجميعها في قطرات صغيرة من الماء ، تكون تراكماتها عبارة عن غيوم. يؤدي تكثف بخار الماء في الغلاف الجوي أيضًا إلى هطول الأمطار والندى.

درجة حرارة الغليان مقابل الضغط

نقطة غليان الماء 100 درجة مئوية ؛ قد يعتقد المرء أن هذه خاصية متأصلة في الماء ، وأن الماء ، في أي مكان وتحت أي ظروف ، سوف يغلي دائمًا عند 100 درجة مئوية.

لكن الأمر ليس كذلك ، وسكان القرى الجبلية العالية يدركون ذلك جيدًا.

بالقرب من قمة Elbrus يوجد منزل للسياح ومحطة علمية. يتساءل المبتدئون أحيانًا "مدى صعوبة سلق بيضة في الماء المغلي" أو "لماذا لا يحترق الماء المغلي". في ظل هذه الظروف ، قيل لهم أن الماء يغلي في الجزء العلوي من إلبروس بالفعل عند 82 درجة مئوية.

ما الأمر هنا؟ ما العامل الفيزيائي الذي يتعارض مع ظاهرة الغليان؟ ما هي أهمية الارتفاع؟

هذا العامل الفيزيائي هو الضغط الذي يؤثر على سطح السائل. لا تحتاج إلى الصعود إلى قمة الجبل للتحقق من صحة ما قيل.

من خلال وضع الماء الساخن تحت الجرس وضخ الهواء داخله أو خارجه ، يمكن للمرء أن يقتنع بأن نقطة الغليان ترتفع مع زيادة الضغط وتنخفض مع انخفاض الضغط.

يغلي الماء عند 100 درجة مئوية فقط عند ضغط معين - 760 ملم زئبق. فن. (أو 1 أجهزة الصراف الآلي).

يظهر في الشكل نقطة الغليان مقابل منحنى الضغط. 4.2 في الجزء العلوي من Elbrus ، يكون الضغط 0.5 ضغط جوي ، وهذا الضغط يتوافق مع نقطة غليان تبلغ 82 درجة مئوية.

أرز. 4.2

لكن الماء يغلي عند 10-15 ملم زئبق. الفن ، يمكنك الانتعاش في الطقس الحار. عند هذا الضغط ، تنخفض درجة الغليان إلى 10-15 درجة مئوية.

يمكنك حتى الحصول على "الماء المغلي" ، الذي له درجة حرارة الماء المتجمد. للقيام بذلك ، سيكون عليك تقليل الضغط إلى 4.6 ملم زئبق. فن.

يمكن ملاحظة صورة مثيرة للاهتمام إذا قمت بوضع وعاء مفتوح بالماء تحت الجرس وضخ الهواء. سيجعل الضخ الماء يغلي ، لكن الغليان يتطلب حرارة. لا يوجد مكان يأخذها منه ، وسيتعين على الماء أن يتخلى عن طاقته. ستبدأ درجة حرارة الماء المغلي في الانخفاض ، ولكن مع استمرار الضخ ، سيظل الضغط كذلك. لذلك ، لن يتوقف الغليان ، وسيستمر الماء في البرودة ويتجمد في النهاية.

هذا الغليان ماء باردلا يحدث فقط عند ضخ الهواء. على سبيل المثال ، عندما تدور مروحة السفينة ، ينخفض ​​الضغط في طبقة من الماء تتحرك بسرعة بالقرب من سطح معدني بشكل حاد ويغلي الماء في هذه الطبقة ، أي تظهر فقاعات عديدة مليئة بالبخار. هذه الظاهرة تسمى التجويف (من الكلمة اللاتينية cavitas - تجويف).

عن طريق خفض الضغط ، نخفض نقطة الغليان. ماذا عن زيادته؟ رسم بياني مثلنا يجيب على هذا السؤال. ضغط 15 ضغط جوي يمكن أن يؤخر غليان الماء ، سيبدأ فقط عند 200 درجة مئوية ، وضغط 80 ضغط جوي يجعل الماء يغلي فقط عند 300 درجة مئوية.

لذلك ، فإن ضغطًا خارجيًا معينًا يتوافق مع نقطة غليان معينة. ولكن يمكن أيضًا "قلب" هذا البيان ، قائلاً: كل نقطة غليان من الماء تتوافق مع ضغطها الخاص. هذا الضغط يسمى ضغط البخار.

المنحنى الذي يصور نقطة الغليان كدالة للضغط هو أيضًا منحنى ضغط البخار كدالة لدرجة الحرارة.

توضح الأشكال المرسومة على الرسم البياني لنقطة الغليان (أو الرسم البياني لضغط البخار) أن ضغط البخار يتغير بسرعة كبيرة مع درجة الحرارة. عند 0 درجة مئوية (أي 273 كلفن) ، يكون ضغط البخار 4.6 ملم زئبق. الفن ، عند 100 درجة مئوية (373 كلفن) يساوي 760 ملم زئبق. الفن ، أي يزيد بمقدار 165 مرة. عندما تتضاعف درجة الحرارة (من 0 درجة مئوية ، أي 273 كلفن ، إلى 273 درجة مئوية ، أي 546 كلفن) ، يزداد ضغط البخار من 4.6 ملم زئبق. فن. ما يصل إلى ما يقرب من 60 ضغطًا جويًا ، أي حوالي 10000 مرة.

لذلك ، على العكس من ذلك ، تتغير نقطة الغليان ببطء مع الضغط. عندما يتضاعف الضغط من 0.5 ضغط جوي إلى 1 ضغط جوي ، تزداد نقطة الغليان من 82 درجة مئوية (355 كلفن) إلى 100 درجة مئوية (373 كلفن) وعندما يتضاعف الضغط من 1 إلى 2 ضغط جوي ، من 100 درجة مئوية (373 كلفن) K) إلى 120 درجة مئوية (393 كلفن).

يتحكم نفس المنحنى الذي نفكر فيه الآن في تكثيف (سماكة) البخار في الماء.

يمكن تحويل البخار إلى ماء عن طريق الضغط أو التبريد.

أثناء الغليان وأثناء التكثيف ، لن تتحرك النقطة بعيدًا عن المنحنى حتى اكتمال تحويل البخار إلى ماء أو الماء إلى بخار. يمكن أيضًا صياغة هذا على النحو التالي: في ظل ظروف منحنىنا ، وفقط في ظل هذه الظروف ، يكون تعايش السائل والبخار ممكنًا. إذا لم يتم إضافة أو إزالة أي حرارة في نفس الوقت ، فإن كميات البخار والسائل في وعاء مغلق ستبقى دون تغيير. يُقال إن هذا البخار والسائل في حالة توازن ، ويقال إن البخار في حالة توازن مع سائله مشبع.

منحنى الغليان والتكثيف ، كما نرى ، له معنى آخر: إنه منحنى توازن السائل والبخار. يقسم منحنى التوازن مجال الرسم التخطيطي إلى قسمين. إلى اليسار وإلى الأعلى (باتجاه درجات حرارة أعلى وضغط أقل) توجد منطقة الحالة الثابتة للبخار. إلى اليمين والأسفل - منطقة الحالة المستقرة للسائل.

منحنى توازن البخار والسائل ، أي اعتماد نقطة الغليان على الضغط أو ، ما هو نفسه ، ضغط البخار على درجة الحرارة ، هو نفسه تقريبًا لجميع السوائل. في بعض الحالات ، قد يكون التغيير مفاجئًا إلى حد ما ، وفي حالات أخرى - أبطأ نوعًا ما ، ولكن دائمًا ما يزداد ضغط البخار بسرعة مع زيادة درجة الحرارة.

لقد استخدمنا كلمتي "غاز" و "بخار" عدة مرات. هاتان الكلمتان متماثلتان إلى حد كبير. يمكننا القول: غاز الماء هو بخار الماء ، غاز الأكسجين هو بخار سائل الأكسجين. ومع ذلك ، فقد تطورت بعض العادة في استخدام هاتين الكلمتين. نظرًا لأننا اعتدنا على نطاق معين من درجات الحرارة الصغيرة نسبيًا ، فإننا عادةً ما نطبق كلمة "غاز" على تلك المواد التي يكون ضغط بخارها في درجات الحرارة العادية أعلى من الضغط الجوي. على العكس من ذلك ، نتحدث عن بخار عندما تكون المادة ، في درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي ، أكثر ثباتًا في شكل سائل.

>> الفيزياء: اعتماد ضغط بخار التشبع على درجة الحرارة. الغليان

السائل لا يتبخر فقط. يغلي عند درجة حرارة معينة.
ضغط البخار المشبع مقابل درجة الحرارة. حالة البخار المشبع ، كما تبين التجربة (تحدثنا عن هذا في الفقرة السابقة) ، توصف تقريبًا بمعادلة حالة الغاز المثالي (10.4) ، ويتم تحديد ضغطها بالصيغة

مع ارتفاع درجة الحرارة ، يرتفع الضغط. لان لا يعتمد ضغط البخار المشبع على الحجم ، لذلك فهو يعتمد فقط على درجة الحرارة.
ومع ذلك ، الاعتماد ص ن ص.من تي، تجريبيًا ، ليس متناسبًا بشكل مباشر ، كما هو الحال في غاز مثالي بحجم ثابت. مع زيادة درجة الحرارة ، يزداد ضغط البخار المشبع بشكل أسرع من ضغط الغاز المثالي ( شكل 11.1قسم من المنحنى AB). يصبح هذا واضحًا إذا رسمنا نظرات متساوية للغاز المثالي من خلال النقاط لكنو في(خطوط متقطعة). لماذا يحدث هذا؟

عندما يتم تسخين سائل في وعاء مغلق ، يتحول جزء من السائل إلى بخار. نتيجة لذلك ، وفقًا للصيغة (11.1) يزداد ضغط البخار المشبع ليس فقط بسبب زيادة درجة حرارة السائل ، ولكن أيضًا بسبب زيادة تركيز جزيئات (كثافة) البخار. بشكل أساسي ، يتم تحديد الزيادة في الضغط مع زيادة درجة الحرارة بدقة من خلال زيادة التركيز. يتمثل الاختلاف الرئيسي في سلوك الغاز المثالي والبخار المشبع في أنه عندما تتغير درجة حرارة البخار في وعاء مغلق (أو عندما يتغير الحجم عند درجة حرارة ثابتة) ، تتغير كتلة البخار. يتحول السائل جزئيًا إلى بخار ، أو على العكس من ذلك ، يتكثف البخار جزئيًا. لا شيء من هذا القبيل يحدث مع الغاز المثالي.
عندما يتبخر كل السائل ، يتوقف البخار عن التشبع عند مزيد من التسخين ، ويزداد ضغطه عند الحجم الثابت بالتناسب المباشر مع درجة الحرارة المطلقة (انظر الشكل. شكل 11.1قسم من المنحنى الشمس).
. مع زيادة درجة حرارة السائل ، يزداد معدل التبخر. أخيرًا ، يبدأ السائل في الغليان. عند الغليان ، تتشكل فقاعات بخار سريعة النمو في جميع أنحاء حجم السائل ، والتي تطفو على السطح. تظل درجة غليان السائل ثابتة. وذلك لأن كل الطاقة التي يتم توفيرها للسائل يتم إنفاقها على تحويله إلى بخار. تحت أي ظروف يبدأ الغليان؟
الغازات المذابة موجودة دائمًا في السائل ، والتي يتم إطلاقها في قاع وجدران الوعاء ، وكذلك على جزيئات الغبار العالقة في السائل ، وهي مراكز التبخر. الأبخرة السائلة داخل الفقاعات مشبعة. مع زيادة درجة الحرارة ، يزداد ضغط البخار ويزداد حجم الفقاعات. تحت تأثير قوة الطفو ، تطفو. إذا كانت الطبقات العليا من السائل ذات درجة حرارة منخفضة ، يتكثف البخار في هذه الطبقات في الفقاعات. ينخفض ​​الضغط بسرعة وتنهار الفقاعات. يكون الانهيار سريعًا لدرجة أن جدران الفقاعة ، عند اصطدامها ، تنتج شيئًا مثل الانفجار. العديد من هذه الانفجارات الدقيقة تخلق ضوضاء مميزة. عندما يسخن السائل بدرجة كافية ، تتوقف الفقاعات عن الانهيار وتطفو على السطح. سوف يغلي السائل. شاهد الغلاية على الموقد بعناية. ستجد أنه يكاد يتوقف عن إحداث ضوضاء قبل الغليان.
يفسر اعتماد ضغط بخار التشبع على درجة الحرارة سبب اعتماد نقطة غليان السائل على الضغط على سطحه. يمكن أن تنمو فقاعة بخار عندما يتجاوز ضغط البخار المشبع بداخلها قليلاً الضغط في السائل ، وهو مجموع ضغط الهواء على سطح السائل (الضغط الخارجي) والضغط الهيدروستاتيكي لعمود السائل.
دعونا ننتبه إلى حقيقة أن تبخر السائل يحدث في درجات حرارة أقل من نقطة الغليان ، وفقط من سطح السائل ؛ أثناء الغليان ، يحدث تكوين البخار في جميع أنحاء حجم السائل بأكمله.
يبدأ الغليان عند درجة حرارة يكون عندها ضغط بخار التشبع في الفقاعات مساويًا للضغط في السائل.
كلما زاد الضغط الخارجي ، زادت نقطة الغليان. لذلك ، في غلاية بخار عند ضغط يصل إلى 1.6 10 6 باسكال ، لا يغلي الماء حتى عند درجة حرارة 200 درجة مئوية. في المؤسسات الطبية في أوعية محكمة الإغلاق - أجهزة التعقيم (الأوتوكلاف) ( شكل 11.2) يغلي الماء أيضًا عند ضغط مرتفع. لذلك ، فإن درجة غليان السائل أعلى بكثير من 100 درجة مئوية. تستخدم الأوتوكلاف لتعقيم الأدوات الجراحية ، إلخ.

والعكس صحيح تقليل الضغط الخارجي ، وبالتالي نخفض درجة الغليان. عن طريق ضخ الهواء وبخار الماء من القارورة ، يمكنك جعل الماء يغلي في درجة حرارة الغرفة ( شكل 11.3). عندما تتسلق الجبال ، ينخفض ​​الضغط الجوي ، وبالتالي تقل درجة الغليان. على ارتفاع 7134 م (قمة لينين في باميرس) ، يكون الضغط حوالي 4 10 4 باسكال (300 مم زئبق). يغلي الماء هناك عند درجة حرارة 70 درجة مئوية. من المستحيل طهي اللحوم في هذه الظروف.

كل سائل له نقطة غليانه الخاصة ، والتي تعتمد على ضغط بخاره المشبع. كلما زاد ضغط البخار المشبع ، انخفضت نقطة غليان السائل ، لأنه عند درجات الحرارة المنخفضة يصبح ضغط البخار المشبع مساويًا للضغط الجوي. على سبيل المثال ، عند نقطة غليان تبلغ 100 درجة مئوية ، يكون ضغط بخار الماء المشبع 101،325 باسكال (760 ملم زئبق) ، وبخار الزئبق 117 باسكال (0.88 ملم زئبق). يغلي الزئبق عند درجة حرارة 357 درجة مئوية ضغط عادي.
يغلي السائل عندما يصبح ضغط بخاره المشبع مساويًا للضغط داخل السائل.

???
1. لماذا تزيد درجة الغليان مع زيادة الضغط؟
2. لماذا من الضروري أن يزيد الغليان من ضغط البخار المشبع في الفقاعات وليس لزيادة ضغط الهواء الموجود فيها؟
3. كيف تجعل السائل يغلي عن طريق تبريد الوعاء؟ (هذا سؤال مخادع.)

جي يا مياكيشيف ، بي بي بوكوفتسيف ، إن إن سوتسكي ، الفيزياء للصف العاشر

محتوى الدرس ملخص الدرسدعم إطار عرض الدرس بأساليب متسارعة تقنيات تفاعلية يمارس مهام وتمارين امتحان ذاتي ورش عمل ، تدريبات ، حالات ، أسئلة ، واجبات منزلية ، أسئلة مناقشة ، أسئلة بلاغية من الطلاب الرسوم التوضيحية مقاطع الصوت والفيديو والوسائط المتعددةصور ، صور رسومات ، جداول ، مخططات فكاهة ، نوادر ، نكت ، أمثال كاريكاتورية ، أقوال ، ألغاز كلمات متقاطعة ، اقتباسات الإضافات الملخصاترقائق المقالات لأوراق الغش الفضولي والكتب المدرسية الأساسية والإضافية معجم مصطلحات أخرى تحسين الكتب المدرسية والدروستصحيح الأخطاء في الكتاب المدرسيتحديث جزء في الكتاب المدرسي من عناصر الابتكار في الدرس واستبدال المعرفة القديمة بأخرى جديدة فقط للمعلمين دروس مثاليةخطة التقويم للعام التوصيات المنهجية لبرنامج المناقشة دروس متكاملة

إذا كانت لديك تصحيحات أو اقتراحات لهذا الدرس ،

يتضح من المنطق أعلاه أن درجة غليان السائل يجب أن تعتمد على الضغط الخارجي. تؤكد الملاحظات هذا.

كلما زاد الضغط الخارجي ، زادت نقطة الغليان. لذلك ، في غلاية بخار عند ضغط يصل إلى 1.6 10 6 باسكال ، لا يغلي الماء حتى عند درجة حرارة 200 درجة مئوية. في المؤسسات الطبية ، يحدث غليان الماء في أوعية محكمة الإغلاق - الأوتوكلاف (الشكل 6.11) أيضًا عند ضغط مرتفع. لذلك ، فإن نقطة الغليان أعلى بكثير من 100 درجة مئوية. تستخدم الأوتوكلاف لتعقيم الأدوات الجراحية والضمادات وما إلى ذلك.

على العكس من ذلك ، عن طريق تقليل الضغط الخارجي ، فإننا بذلك نخفض نقطة الغليان. تحت جرس مضخة الهواء ، يمكنك جعل الماء يغلي في درجة حرارة الغرفة (الشكل 6.12). عندما تتسلق الجبال ، ينخفض ​​الضغط الجوي ، وبالتالي تقل درجة الغليان. على ارتفاع 7134 م (قمة لينين في باميرس) ، يكون الضغط حوالي 4 10 4 باسكال (300 مم زئبق). يغلي الماء هناك عند درجة حرارة 70 درجة مئوية. من المستحيل طهي اللحوم على سبيل المثال في هذه الظروف.

يوضح الشكل 6.13 اعتماد نقطة غليان الماء على الضغط الخارجي. من السهل أن نرى أن هذا المنحنى هو أيضًا منحنى يعبر عن اعتماد ضغط بخار الماء المشبع على درجة الحرارة.

الفرق في درجات غليان السوائل

كل سائل له نقطة الغليان الخاصة به. يتم تحديد الفرق في نقاط غليان السوائل من خلال الاختلاف في ضغط أبخرتها المشبعة عند نفس درجة الحرارة. على سبيل المثال ، بخار الأثير الموجود بالفعل في درجة حرارة الغرفة له ضغط يزيد عن نصف الضغط الجوي. لذلك ، لكي يصبح ضغط بخار الأثير مساويًا للغلاف الجوي ، هناك حاجة إلى زيادة طفيفة في درجة الحرارة (تصل إلى 35 درجة مئوية). في الزئبق ، الأبخرة المشبعة لها ضغط ضئيل للغاية في درجة حرارة الغرفة. يصبح ضغط بخار الزئبق مساوياً للغلاف الجوي فقط مع زيادة كبيرة في درجة الحرارة (تصل إلى 357 درجة مئوية). عند درجة الحرارة هذه ، إذا كان الضغط الخارجي 105 باسكال ، يغلي الزئبق.

يعتبر الاختلاف في نقاط غليان المواد مفيدًا بشكل كبير في التكنولوجيا ، على سبيل المثال ، في فصل المنتجات البترولية. عند تسخين الزيت ، تتبخر الأجزاء المتطايرة الأكثر قيمة (البنزين) أولاً وقبل كل شيء ، وبالتالي يمكن فصلها عن المخلفات "الثقيلة" (الزيوت وزيت الوقود).

يغلي السائل عندما يساوي ضغط البخار المشبع الضغط داخل السائل.

§ 6.6. حرارة التبخير

هل الطاقة مطلوبة لتحويل السائل إلى بخار؟ ربما نعم! أليس كذلك؟

لاحظنا (انظر الفقرة 1.6) أن تبخر السائل يترافق مع تبريده. للحفاظ على درجة حرارة السائل المتبخر دون تغيير ، يجب توفير الحرارة له من الخارج. بالطبع ، يمكن أن تنتقل الحرارة نفسها إلى سائل من الأجسام المحيطة. لذلك ، يتبخر الماء الموجود في الزجاج ، لكن درجة حرارة الماء ، التي تكون أقل إلى حد ما من درجة حرارة الهواء المحيط ، تظل دون تغيير. تنتقل الحرارة من الهواء إلى الماء حتى يتبخر كل الماء.

للحفاظ على غليان الماء (أو أي سائل آخر) ، يجب أيضًا تزويده بالحرارة باستمرار ، على سبيل المثال ، عن طريق تسخينه بموقد. في هذه الحالة ، لا ترتفع درجة حرارة الماء والوعاء ، ولكن تتشكل كمية معينة من البخار كل ثانية.

وبالتالي ، من أجل تحويل السائل إلى بخار عن طريق التبخر أو الغليان ، يلزم تدفق الحرارة. كمية الحرارة المطلوبة لتحويل كتلة معينة من السائل إلى بخار عند نفس درجة الحرارة تسمى حرارة تبخر ذلك السائل.

ما هي الطاقة التي يزود بها الجسم؟ بادئ ذي بدء ، لزيادة طاقتها الداخلية أثناء الانتقال من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية: بعد كل شيء ، في هذه الحالة ، يزداد حجم المادة من حجم السائل إلى حجم البخار المشبع. وبالتالي ، فإن متوسط ​​المسافة بين الجزيئات يزيد ، ومن ثم طاقتها الكامنة.

بالإضافة إلى ذلك ، عندما يزداد حجم مادة ما ، يتم العمل ضد قوى الضغط الخارجي. عادة ما يكون هذا الجزء من حرارة التبخر في درجة حرارة الغرفة نسبة مئوية قليلة من إجمالي حرارة التبخر.

تعتمد حرارة التبخر على نوع السائل وكتلته ودرجة حرارته. يتميز اعتماد حرارة التبخر على نوع السائل بقيمة تسمى الحرارة النوعية للتبخر.

الحرارة النوعية لتبخير سائل معين هي نسبة حرارة تبخر السائل إلى كتلته:

(6.6.1)

أين ص- الحرارة النوعية لتبخير السائل ؛ ر- كتلة السائل س نهي حرارة التبخر. وحدة SI للحرارة النوعية للتبخير هي الجول لكل كيلوغرام (J / kg).

الحرارة النوعية لتبخير الماء عالية جدا: 2.256 10 6 جول / كغ عند درجة حرارة 100 درجة مئوية. بالنسبة للسوائل الأخرى (الكحول ، الأثير ، الزئبق ، الكيروسين ، إلخ) ، تكون الحرارة النوعية للتبخير أقل بـ 3-10 مرات.

الغليان -هذا هو التبخر الذي يحدث في حجم السائل بأكمله عند درجة حرارة ثابتة.

يمكن أن تحدث عملية التبخر ليس فقط من سطح السائل ، ولكن أيضًا داخل السائل. تتمدد فقاعات البخار داخل السائل وتطفو على السطح إذا كان ضغط البخار المشبع يساوي أو أكبر من الضغط الخارجي. هذه العملية تسمى الغليان. طالما أن السائل يغلي ، تظل درجة حرارته ثابتة.

عند درجة حرارة 100 درجة مئوية ، يكون ضغط بخار الماء المشبع مساويًا للضغط الجوي العادي ، لذلك ، عند الضغط العادي ، يغلي الماء عند 100 درجة مئوية. عند درجة حرارة 80 درجة مئوية ، يكون ضغط بخار التشبع حوالي نصف الضغط الجوي العادي. لذلك ، يغلي الماء عند 80 درجة مئوية إذا انخفض الضغط فوقه إلى 0.5 ضغط جوي عادي (الشكل).

عندما ينخفض ​​الضغط الخارجي ، تنخفض درجة غليان السائل ، وعندما يزداد الضغط ، ترتفع نقطة الغليان.

نقطة غليان السائل- هذه هي درجة الحرارة التي يكون عندها ضغط البخار المشبع في فقاعات السائل مساويًا للضغط الخارجي على سطحه.

حرارة حرجة.

في عام 1861 أثبت D. I. Mendeleev أنه لكل سائل يجب أن يكون هناك درجة حرارة يختفي عندها الفرق بين السائل وبخاره. أطلق عليها منديليف نقطة الغليان المطلقة (درجة حرارة حرجة).لا يوجد فرق جوهري بين الغاز والبخار. عادة غازتسمى مادة في الحالة الغازية ، عندما تكون درجة حرارتها أعلى من الحرجة ، و العبارة- عندما تكون درجة الحرارة أقل من الحرج.

درجة الحرارة الحرجة للمادة هي درجة الحرارة التي تصبح عندها كثافة السائل وكثافة بخاره المشبع متساوية.

يمكن أن تتحول أي مادة في حالة غازية إلى سائل. ومع ذلك ، يمكن لكل مادة أن تتعرض لمثل هذا التحول فقط عند درجات حرارة أقل من قيمة معينة ، خاصة بكل مادة ، تسمى درجة الحرارة الحرجة T k. عند درجات حرارة أعلى من درجة الحرارة الحرجة ، لا تتحول المادة إلى سائل تحت أي ضغط.

نموذج الغاز المثالي قابل للتطبيق لوصف خصائص الغازات الموجودة بالفعل في الطبيعة في نطاق محدود من درجات الحرارة والضغوط. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى ما دون الدرجة الحرجة لغاز معين ، لم يعد من الممكن إهمال تأثير القوى الجاذبة بين الجزيئات ، وبقدر كافٍ ضغط مرتفعترتبط جزيئات المادة ببعضها البعض.

إذا كانت المادة في درجة حرارة حرجة وضغط حرج ، فإن حالتها تسمى الحالة الحرجة.

(عندما يتم تسخين الماء ، يتم إطلاق الهواء المذاب فيه على جدران الوعاء ويزداد عدد الفقاعات باستمرار ويزداد حجمها. مع وجود حجم كبير بما فيه الكفاية للفقاعة ، تعمل قوة أرخميدس المؤثرة عليها على تمزيقها من السطح السفلي ورفعه لأعلى ، وبدلاً من الفقاعة المنفصلة ، يبقى جنين الفقاعة الجديدة عبارة عن فقاعة ، منذ أن يتم تسخين السائل من الأسفل ، تكون طبقاته العلوية أبرد من الطبقات السفلية ، عندما ترتفع الفقاعة ، يتكثف بخار الماء الموجود فيه ، ويذوب الهواء مرة أخرى في الماء ويقل حجم الفقاعة ، وتختفي العديد من الفقاعات قبل أن تصل إلى سطح الماء ، ويصل بعضها إلى السطح ، ويتبقى القليل جدًا من الهواء والبخار في الداخل. في هذه المرحلة. يحدث هذا حتى ، بسبب الحمل الحراري ، تصبح درجة الحرارة في السائل بأكمله كما هي. عندما تتساوى درجة الحرارة في السائل ، سيزداد حجم الفقاعات أثناء الصعود . هذا يفسر كالتالي. عندما يتم تحديد نفس درجة الحرارة في جميع أنحاء السائل وترتفع الفقاعة ، يظل ضغط البخار المشبع داخل الفقاعة ثابتًا ، ويقل الضغط الهيدروستاتيكي (ضغط الطبقة العليا من السائل) ، وبالتالي تنمو الفقاعة. تمتلئ المساحة الكاملة داخل الفقاعة بالبخار المشبع أثناء نموها. عندما تصل مثل هذه الفقاعة إلى سطح السائل ، فإن ضغط البخار المشبع فيها يساوي الضغط الجوي على سطح السائل.)

مهام

1. الرطوبة النسبية عند 20 درجة مئوية هي 58٪. في ماذا درجة الحرارة القصوىسوف يسقط الندى؟

2. كمية الماء التي يجب تبخيرها في 1000 مل من الهواء ، الرطوبة النسبيةوهو 40٪ عند 283 كلفن لترطيبه إلى 40٪ عند 290 كلفن؟

3. الهواء عند درجة حرارة 303 كلفن له نقطة ندى عند 286 كلفن. حدد الرطوبة المطلقة والنسبية للهواء.

4. عند 28 درجة مئوية ، تكون الرطوبة النسبية للهواء 50٪. أوجد كتلة الندى المتساقط على كيلومتر مكعب من الهواء عندما تنخفض درجة الحرارة إلى 12 درجة مئوية.

5. في غرفة بحجم 200 م 3 ، تبلغ الرطوبة النسبية عند 20 درجة مئوية 70٪. أوجد كتلة بخار الماء في هواء الغرفة.