Для поддержания кипения жидкости её необходимо нагревать – подводить тепловую энергию от огня или нагревательного прибора. Температура вещества и сосуда при этом не повышаются, вместо этого жидкость превращается в пар – переходит в газообразное состояние. (можно ссылку на агрегатные состояния вещества) Удельная теплота испарения – количество передаваемой системе энергии, необходимо для поддержания процесса. Зависит от жидкости, внешних условий, при которых она кипит, в первую очередь, давления.
Удельная теплоемкость парообразования
Величина показывает, сколько тепла необходимо жидкости для её преобразования в газообразное состояние. Измеряется в джоулях на килограмм вещества – Дж/кг.
По закону сохранения энергии, получается, что во время конденсации паров выделяется потраченное на испарение вещества количество энергии. Для подтверждения проводится опыт. В стакан с водой опускается трубка, соединённая со вторым сосудом, где подогревается вода. Пока по трубке в стакан поступает подогретый воздух, показатели термометра практически не изменяются.
Когда вследствие нагрева испаряется вода, пар попадает в трубку, где конденсируется с выделением теплоты, ведь показатели термометра растут. Получается, вода из пара превращается в жидкое состояние с выделением тепловой энергии.
Количество выделяемого тепла равняется внутренней энергии тела: Q = ΔU. Энергия колебания молекул пропорциональна температуре. Величина изменения энергии тела или жидкости равняется сумме изменению теплоты каждой молекулы или атома вещества. Отсюда удельную теплоту парообразования находят по выражению:
Q = ΔU = cmΔT, здесь:
- ΔT – разница температур;
- m – масса вещества;
- c – удельная теплоёмкость вещества.
c = Q / mΔT, измеряется в Дж / кг*К. Показывает, сколько теплоты нужно для нагревания 1 кг вещества на 1 К.
Удельная теплота испарения указывается для жидкости при её постоянном объёме, ведь зависит от условий теплопередачи – работы, сопровождающей процесс испарения. Одинаковая энергия, переданная системе, по-разному изменит его внутреннюю энергию и, соответственно, температуру.
Обозначение удельной теплоты парообразования осуществляется буквой L. По значению величина прямо пропорциональна потраченной на трансформацию – изменение состояния вещества – энергии и обратно пропорциональна его массе:
L= Q / m.
В физике измеряется в Дж/кг, в химии сводится к количеству вещества – моль/кг.
Для закипающей при температуре 100 °C воды удельная теплота парообразования равняется 2260 Дж/кг.
Задача
Для испарения 1,2 кг жидкости потребовалось ~1005 Дж тепловой энергии. Какое вещество нагревалось в колбе?Теплота парообразования вычисляется по формуле: L= Q / m. Подставляем значения в готовую пропорцию и проводим вычисления.
L = 1005 / 1,2 = 837,5 Дж/кг. Воспользуемся таблицей удельной теплоты парообразования.
Вещество | Температура кипения, С0 | Удельная теплота парообразования/конденсации, кДж/кг |
Вода | 100 | 2260 |
Водород | -252,6 | 448 |
Азот | -195,8 | 199 |
Аммиак | -33,4 | 1370 |
Диэтиловый спирт | 34,6 | 380 |
Этиловый спирт | 78,4 | 837 |
Ртуть | 357 | 282 |
В ней полученному значению соответствует этиловый спирт.
Как вы считаете, материал был полезен?