Ikviens ir pazīstams ar attēlu: uz plīts uz uguns ir ūdens katls. Ūdens no aukstuma pamazām kļūst karsts, tāpēc uz tā virsmas parādās pirmie burbuļi, un drīz tas viss jautri kūsā. Kāds ir ūdens iztvaikošanas siltums? Daži no mums no skolas mācību programmas atceras, ka ūdens temperatūra pie dabiskā atmosfēras spiediena nedrīkst pārsniegt 100 °C. Un tie, kas neatceras vai netic, var izmantot atbilstošo termometru un pārliecināties, ievērojot drošības pasākumus.
Bet kā tas var būt? Galu galā uguns joprojām deg zem pannas, tā atdod savu enerģiju šķidrumam, un kur tas iet, ja tas nesilda ūdeni? Atbilde: Enerģija tiek izmantota, lai ūdeni pārvērstu tvaikā.
Kur pazūd enerģija
Parastā dzīvē mēs esam pieraduši pie trīs apkārtējās vielas stāvokļiem: cietā, šķidrā un gāzveida. Cietā stāvoklī molekulas ir stingri fiksētas kristāla režģī. Bet tas nenozīmē to pilnīgu nekustīgumu, jebkurā temperatūrā, kamēr tā ir vismaz grādu augstāka par -273 ° C (tā ir absolūtā nulle), molekulas vibrē. Turklāt vibrācijas amplitūda ir atkarīga no temperatūras. Sildot, tiek pārnesta enerģijavielas daļiņas, un šīs haotiskās kustības kļūst intensīvākas, un pēc tam noteiktā brīdī sasniedz tādu spēku, ka molekulas atstāj režģa ligzdas - viela kļūst par šķidrumu.
Šķidrā stāvoklī molekulas ir cieši saistītas viena ar otru ar pievilkšanas spēku, lai gan tās nav fiksētas noteiktā telpas punktā. Vielai tālāk uzkrājot siltumu, daļas molekulu haotiskās vibrācijas kļūst tik lielas, ka tiek pārvarēts molekulu savstarpējās pievilkšanās spēks, un tās izlido. Vielas temperatūra pārstāj celties, visa enerģija tagad tiek pārnesta uz nākamo un nākamo daļiņu partiju, un tā soli pa solim viss ūdens no pannas piepilda virtuvi tvaika veidā.
Katrai vielai ir nepieciešams noteikts enerģijas daudzums, lai veiktu šo procesu. Ūdens, tāpat kā citu šķidrumu, iztvaikošanas siltums ir ierobežots, un tam ir noteiktas vērtības.
Kādās vienībās mēra
Jebkuru enerģiju (vienmērīgu kustību, vienmērīgu siltumu) mēra džoulos. Džouls (J) ir nosaukts slavenā zinātnieka Džeimsa Džoula vārdā. Skaitliski enerģiju 1 J var iegūt, ja noteiktu ķermeni stumj 1 metra attālumā ar spēku 1 ņūtons.
Iepriekš siltuma mērīšanai izmantoja tādu jēdzienu kā “kalorija”. Tika uzskatīts, ka siltums ir tāda fiziska viela, kas var ieplūst jebkurā ķermenī vai no tā. Jo vairāk tas "noplūda" fiziskajā ķermenī, jo karstāks tas ir. Vecajās mācību grāmatās šo fizisko daudzumu joprojām var atrast. Bet pārvērst to džoulos nav grūti, pietiek reizināt ar 4,19.
Enerģiju, kas nepieciešama, lai šķidrumus pārvērstu gāzēs, sauc par īpatnējo iztvaikošanas siltumu. Bet kā to aprēķināt? Viena lieta ir pārvērst ūdens mēģeni par tvaiku, bet cita lieta ir pārvērst milzīgu kuģa tvaika dzinēja tvertni.
Tāpēc, piemēram, H2O siltumtehnikā tie darbojas ar jēdzienu "īpatnējais ūdens iztvaikošanas siltums" (J / kg - mērvienība). Un atslēgas vārds šeit ir "konkrēts". Tiek uzskatīts par enerģijas daudzumu, kas nepieciešams, lai 1 kg šķidras vielas pārvērstu tvaikos.
Vērtība ir norādīta ar latīņu burtu L. Vērtību mēra džoulos uz 1 kg.
Cik daudz enerģijas nepieciešams ūdenim
Ūdens īpatnējo iztvaikošanas siltumu mēra šādi: traukā ielej N daudzumu, uzvāra. Enerģija, kas iztērēta litra ūdens iztvaicēšanai, būs vēlamā vērtība.
Mērot, kāds ir ūdens īpatnējais iztvaikošanas siltums, zinātnieki bija nedaudz pārsteigti. Lai pārvērstos gāzē, ūdenim ir nepieciešams vairāk enerģijas nekā visiem šķidrumiem, kas parasti ir uz Zemes: visa spirtu, sašķidrināto gāzu un pat vairāk nekā metālu, piemēram, dzīvsudraba un svina, līnija.
Tātad, ūdens iztvaikošanas siltums izrādījās 2,26 mJ/kg. Salīdzinājumam:
- dzīvsudrabam - 0,282 mJ/kg;
- svina vērtība ir 0,855 mJ/kg.
Ko darīt, ja ir otrādi?
Kas notiek, ja apgriežat procesu un liksiet šķidrumam kondensēties? Nekas īpašs, ir apstiprinājums enerģijas nezūdamības likumam: kondensējot vienuno kilograma šķidruma no tvaika izdalās tieši tik daudz siltuma, cik nepieciešams, lai to atkal pārvērstu tvaikā. Tāpēc termins “īpatnējais iztvaikošanas un kondensācijas siltums” ir biežāk sastopams atsauces tabulās.
Starp citu, tas, ka iztvaikošanas laikā tiek absorbēts siltums, tiek veiksmīgi izmantots sadzīves un rūpnieciskajās ierīcēs, lai radītu mākslīgu aukstumu.
