Svima je poznata slika: na šporetu na vatri je lonac vode. Voda iz hladne postepeno postaje vruća, pa se na njenoj površini pojavljuju prvi mjehurići, a ubrzo sve veselo kipi. Kolika je toplina isparavanja vode? Neki od nas se sjećaju iz školskog programa da temperatura vode pri prirodnom atmosferskom pritisku ne može preći 100 °C. A oni koji se ne sjećaju ili ne vjeruju mogu koristiti odgovarajući termometar i uvjeriti se poštujući mjere sigurnosti.
Ali kako je to moguće? Uostalom, vatra i dalje gori ispod tiganja, svoju energiju predaje tečnosti, a gde ide ako ne zagreje vodu? Odgovor: Energija se koristi za pretvaranje vode u paru.
Kamo ide energija
U običnom životu, navikli smo na tri stanja materije oko nas: čvrsto, tečno i gasovito. U čvrstom stanju, molekuli su čvrsto fiksirani u kristalnoj rešetki. Ali to ne znači njihovu potpunu nepokretnost, na bilo kojoj temperaturi, sve dok je barem stepen viša od -273°C (ovo je apsolutna nula), molekuli vibriraju. Štaviše, amplituda vibracije zavisi od temperature. Kada se zagrije, energija se prenosičestice supstance, a ti haotični pokreti postaju sve intenzivniji, a zatim dostižu takvu silu u određenom trenutku da molekuli napuštaju gnezda rešetke - supstanca postaje tečnost.
U tekućem stanju, molekuli su usko povezani jedni s drugima silom privlačenja, iako nisu fiksirani u određenoj tački u prostoru. Daljnjim akumuliranjem topline tvari, haotične vibracije dijela molekula postaju toliko velike da se sila privlačenja molekula međusobno savladava i one se razlijeću. Temperatura supstance prestaje da raste, sva energija se sada prenosi na sledeće i naredne serije čestica, i tako, korak po korak, sva voda iz tiganja ispunjava kuhinju u obliku pare.
Svaka supstanca zahteva određenu količinu energije za izvođenje ovog procesa. Toplota isparavanja vode, kao i drugih tekućina, je konačna i ima specifične vrijednosti.
U kojim jedinicama se mjeri
Svaka energija (čak i kretanje, čak i toplota) se meri u džulovima. Joule (J) je dobio ime po poznatom naučniku Jamesu Jouleu. Numerički, energija od 1 J može se dobiti ako se određeno tijelo gurne na udaljenosti od 1 metar sa silom od 1 Njutna.
Ranije, za mjerenje topline, koristili su koncept kao što je "kalorija". Vjerovalo se da je toplina takva fizička supstanca koja može teći u bilo koje tijelo ili iz njega. Što je više "procurilo" u fizičko tijelo, to je toplije. U starim udžbenicima još uvijek možete pronaći ovu fizičku veličinu. Ali nije ga teško pretvoriti u džule, dovoljno je pomnožiti sa 4,19.
Energija potrebna za pretvaranje tečnosti u gasove naziva se specifična toplota isparavanja. Ali kako to izračunati? Jedna je stvar pretvoriti epruvetu vode u paru, a druga je pretvoriti veliki brodski rezervoar parne mašine.
Stoga, na primjer, za H2O, u toplotnoj tehnici rade s konceptom "specifične topline isparavanja vode" (J / kg - mjerna jedinica). A ključna riječ ovdje je "specifično". Smatra se količinom energije koja je potrebna da se 1 kg tečne supstance pretvori u paru.
Vrijednost je označena latiničnim slovom L. Vrijednost se mjeri u džulima po 1 kg.
Koliko energije je potrebno za vodu
Specifična toplota isparavanja vode meri se na sledeći način: količina N se sipa u posudu i dovede do ključanja. Energija potrošena na isparavanje litre vode bit će željena vrijednost.
Mjereći kolika je specifična toplina isparavanja vode, naučnici su bili blago iznenađeni. Da bi se pretvorila u plin, voda zahtijeva više energije od svih tekućina uobičajenih na Zemlji: cijeli niz alkohola, tečnih plinova, pa čak i više od metala kao što su živa i olovo.
Dakle, ispostavilo se da je toplota isparavanja vode 2,26 mJ/kg. Za poređenje:
- za živu - 0,282 mJ/kg;
- olovo ima 0,855 mJ/kg.
Šta ako je obrnuto?
Šta se dešava ako obrnete proces, učinite da se tečnost kondenzuje? Ništa posebno, postoji potvrda zakona održanja energije: kod kondenzacijekilograma tečnosti iz pare, oslobađa se tačno ista količina toplote koja je potrebna da se ponovo pretvori u paru. Stoga se termin „specifična toplota isparavanja i kondenzacije“češće nalazi u referentnim tabelama.
Inače, činjenica da se toplota apsorbuje tokom isparavanja uspešno se koristi u kućnim i industrijskim aparatima za stvaranje veštačke hladnoće.
