Skysčio virimo temperatūra yra vienas iš pagrindinių termodinaminių parametrų, apibūdinančių medžiagos savybes. Jos žinojimas yra būtinas daugelyje inžinerijos sričių, pradedant chemijos pramone ir baigiant maisto gamyba. Šiame straipsnyje apžvelgsime pagrindinius dėsnius ir formules, leidžiančias apskaičiuoti skysčio virimo temperatūrą, atsižvelgiant į įvairius faktorius, tokius kaip slėgis ir skysčio sudėtis. Taip pat aptarsime, kodėl vandens virimo temperatūra nėra pastovi ir kaip ją teisingai nustatyti skirtingomis sąlygomis.
Pagrindiniai Terminai ir Sąvokos
Prieš pradedant nagrinėti formules, svarbu susipažinti su pagrindiniais terminais:
- Virimas: Procesas, kurio metu skystis pereina į dujinę būseną.
- Virimo temperatūra: Temperatūra, kurioje skysčio garų slėgis tampa lygus aplinkos slėgiui.
- Garų slėgis: Slėgis, kurį sukuria skysčio garai uždaroje sistemoje.
- Normali virimo temperatūra: Virimo temperatūra esant standartiniam atmosferos slėgiui (101,325 kPa arba 1 atm).
- Absoliutus nulis: Žemiausia įmanoma temperatūra, kurioje sustoja bet koks atomų ir molekulių judėjimas ir nutrūksta šiluminis spinduliavimas.
Fazės diagrama
Virimo Temperatūros Priklausomybė Nuo Slėgio: Clausius-Clapeyron Lygtis
Virimo temperatūra priklauso nuo aplinkos slėgio. Šią priklausomybę aprašo Clausius-Clapeyron lygtis:
dp/dT = ΔHvap / (TΔV)
Taip pat skaitykite: Apie dujų molinę šilumą
čia:
- dp/dT - slėgio pokyčio priklausomybė nuo temperatūros;
- ΔHvap - garinimo entalpija (energija, reikalinga išgarinti vieną molį skysčio);
- T - absoliuti temperatūra (Kelvinais);
- ΔV - tūrio pokytis garinimo metu (garų tūris minus skysčio tūris).
Ši lygtis leidžia apskaičiuoti, kaip keičiasi virimo temperatūra, keičiantis slėgiui.
Supaprastinta Clausius-Clapeyron Lygtis
Jei darome prielaidą, kad garai yra idealiosios dujos ir skysčio tūris yra daug mažesnis už garų tūrį, Clausius-Clapeyron lygtis supaprastėja:
ln(p2/p1) = - (ΔHvap/R) * (1/T2 - 1/T1)
čia:
Taip pat skaitykite: Kaip temperatūra veikia dujų slėgį
- p1 ir p2 - slėgiai;
- T1 ir T2 - atitinkamos virimo temperatūros (Kelvinais);
- ΔHvap - garinimo entalpija;
- R - idealiųjų dujų konstanta (8.314 J/(mol·K)).
Ši lygtis leidžia apskaičiuoti virimo temperatūrą esant kitokiam slėgiui, jei žinoma virimo temperatūra esant vienam slėgiui ir garinimo entalpija.
Garų slėgis - normali virimo temperatūra ir Clausius Clapeyron lygtis
Vandens Virimo Temperatūra: Praktiniai Aspektai
Vandens virimo temperatūra yra plačiai naudojamas orientyras. Daugelis mano, kad vanduo verda 100°C temperatūroje. Tačiau tai tiesa tik esant standartiniam atmosferos slėgiui.
- Priklausomybė nuo slėgio: Aukštai kalnuose, kur atmosferos slėgis yra mažesnis, vanduo verda žemesnėje temperatūroje. Pavyzdžiui, Everesto viršūnėje vanduo gali virti apie 68°C temperatūroje.
- Priklausomybė nuo priemaišų: Ištirpę druskos ar kiti priedai taip pat gali paveikti vandens virimo temperatūrą. Paprastai, ištirpę priedai padidina virimo temperatūrą.
Virimo temperatūros kilimas dėl priemaišų
Temperatūros Matavimo Vienetai
Svarbu atskirti skirtingus temperatūros matavimo vienetus:
- Celsijaus (°C): 0°C yra vandens užšalimo temperatūra, o 100°C yra vandens virimo temperatūra (esant standartiniam slėgiui).
- Farenheito (°F): Vanduo užšąla 32°F temperatūroje, o verda 212°F temperatūroje.
- Kelvinas (K): SI sistemos temperatūros matavimo vienetas. 0 K yra absoliutus nulis.
Norint konvertuoti temperatūrą iš vieno vieneto į kitą, naudojamos šios formulės:
Taip pat skaitykite: Laisvojo kelio priklausomybė nuo sąlygų
- °F = (°C * 9/5) + 32
- °C = (°F - 32) * 5/9
- K = °C + 273.15
Skysčių Mišinių Virimo Temperatūra
Skysčių mišinių virimo temperatūra yra sudėtingesnė, nes ji priklauso nuo kiekvieno komponento garų slėgio ir koncentracijos mišinyje. Raoult'o dėsnis aprašo idealiųjų skysčių mišinių garų slėgį:
p_i = x_i * p_i^*
čia:
- p_i - komponento i garų slėgis virš mišinio;
- x_i - komponento i molinė frakcija mišinyje;
- p_i^* - gryno komponento i garų slėgis.
Mišinio virimo temperatūra yra ta, kurioje bendras garų slėgis virš mišinio yra lygus aplinkos slėgiui.
CO2 dujų slėgio priklausomybė nuo temperatūros
Štai grafikas CO2 dujų slėgio priklausomybė nuo temperatūros ir užpildymo kiekio. Raudoni skaičiai: vertikaliai - slėgis atmosferomis, horizontaliai - kg vienam indo litrui, ant kreivių - temperatūra celsijus laipsniais.
CO2 dujų slėgio priklausomybė nuo temperatūros
tags: #duju #slegio #priklausomybe #nuo #temperaturos #tiese