Svima je poznata slika: na štednjaku na vatri je lonac vode. Voda iz hladne postupno 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 tlaku ne može prijeći 100 °C. A oni koji se ne sjećaju ili ne vjeruju mogu koristiti odgovarajući termometar i uvjeriti se, poštujući sigurnosne mjere.
Ali kako je to moguće? Uostalom, vatra i dalje gori ispod tave, svoju energiju predaje tekućini, a kamo ide ako ne zagrijava 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, tekuće i plinovite. U čvrstom stanju, molekule su čvrsto fiksirane u kristalnoj rešetki. Ali to ne znači njihovu potpunu nepokretnost, pri bilo kojoj temperaturi, sve dok je barem stupanj viša od -273°C (ovo je apsolutna nula), molekule vibriraju. Štoviše, amplituda vibracija ovisi o temperaturi. Kada se zagrije, energija se prenosičestice tvari, a ti kaotični pokreti postaju sve intenzivniji, a zatim u određenom trenutku dostižu takvu silu da molekule napuštaju gnijezda rešetke - tvar postaje tekućina.
U tekućem stanju, molekule su usko povezane jedna s drugom silom privlačenja, iako nisu fiksirane u određenoj točki u prostoru. Daljnjim akumuliranjem topline tvari, kaotične vibracije dijela molekula postaju toliko velike da se sila privlačenja molekula međusobno svladava i one se razlijeću. Temperatura tvari prestaje rasti, sva energija se sada prenosi na sljedeće i sljedeće serije čestica, i tako, korak po korak, sva voda iz posude ispunjava kuhinju u obliku pare.
Svaka tvar zahtijeva određenu količinu energije za provođenje ovog procesa. Toplina isparavanja vode, kao i drugih tekućina, je konačna i ima specifične vrijednosti.
U kojim jedinicama se mjeri
Svaka energija (čak i kretanje, čak i toplina) mjeri se u džulima. Joule (J) je dobio ime po poznatom znanstveniku Jamesu Jouleu. Brojčano, energija od 1 J može se dobiti ako se određeno tijelo gurne na udaljenosti od 1 metar sa silom od 1 Newton.
Prije su za mjerenje topline koristili koncept kao što je "kalorija". Vjerovalo se da je toplina takva fizička tvar 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 fizikalnu veličinu. Ali nije ga teško pretvoriti u džule, dovoljno je pomnožiti s 4,19.
Energija potrebna za pretvaranje tekućina u plinove naziva se specifična toplina isparavanja. Ali kako to izračunati? Jedna je stvar pretvoriti epruvetu s vodom u paru, a druga stvar pretvoriti veliki brodski rezervoar parne mašine.
Stoga, na primjer, za H2O, u toplinskoj 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 tekuće tvari pretvori u paru.
Vrijednost je označena latiničnim slovom L. Vrijednost se mjeri u džulima po 1 kg.
Koliko energije treba voda
Specifična toplina isparavanja vode mjeri se na sljedeći način: količina N se ulije u posudu i dovede do vrenja. Energija utrošena na isparavanje litre vode bit će željena vrijednost.
Mjereći kolika je specifična toplina isparavanja vode, znanstvenici su bili blago iznenađeni. Da bi se pretvorila u plin, voda zahtijeva više energije od svih tekućina uobičajenih na Zemlji: cijeli niz alkohola, ukapljenih plinova, pa čak i više od metala kao što su živa i olovo.
Dakle, ispostavilo se da je toplina isparavanja vode 2,26 mJ/kg. Za usporedbu:
- za živu - 0,282 mJ/kg;
- olovo ima 0,855 mJ/kg.
Što ako je obrnuto?
Što se događa ako obrnete proces, učinite da se tekućina kondenzira? Ništa posebno, postoji potvrda zakona održanja energije: kada se kondenzira jedankilograma tekućine iz pare, oslobađa se točno onoliko topline koliko je potrebno da se ponovno pretvori u paru. Stoga se izraz "specifična toplina isparavanja i kondenzacije" češće nalazi u referentnim tablicama.
Usput, činjenica da se toplina apsorbira tijekom isparavanja uspješno se koristi u kućanskim i industrijskim aparatima za stvaranje umjetne hladnoće.
