Кипение жидкостей. зависимость температуры кипения от давления
Если жидкость получает теплоту, то она будет нагреваться и через некоторое время начнет кипеть. По наблюдениям этот процесс сопровождается образованием в объеме жидкости пузырьков насыщенного пара.
С повышением температуры их количество на стенках сосуда возрастает, а размеры увеличиваются. При определенной температуре давление пара в пузырьках становится равным давлению в жидкости, и они под действием силы Архимеда начинают всплывать.
Когда такой пузырек достигает поверхности жидкости, он лопается и выбрасывает пар наружу.
Кипение — это внутреннее парообразование, которое происходит во всем объеме жидкости при температуре, когда давление насыщенного пара равно давлению в жидкости.
Установлено, что при кипении температура жидкости остается постоянной — при достижении температуры кипения все предоставленное количество теплоты идет на парообразование. Если жидкость не получает теплоту, кипение прекратится, поскольку не будет поступать энергия для внутреннего парообразования.
Кипение осуществляется при температуре, когда давление насыщенного пара в пузырьках равно давлению в жидкости.
Каждое вещество имеет собственную температуру кипения. Очевидно, что ее значение определяется давлением насыщенного пара при данной температуре, поскольку кипение наступает тогда, когда давление насыщенного пара уравнивается с давлением в жидкости.
Поэтому температура кипения жидкостей зависит от внешнего давления — чем оно выше, тем выше должна быть температура кипения, и наоборот. Графически зависимость температуры кипения воды от давления изображена на рис.
3.3.
Это подтверждается на практике. Так, в паровых котлах, где давление может превышать 1,5 • 106 Па (15 атм), вода не кипит даже при 200 °C; на высокогорье, где давление намного меньше, чем нормальное атмосферное, температура кипения воды будет ниже 100 °C.
Например, на вершине Говерлы (2062 м) вода будет кипеть при 90 °C, а на Эвересте (8848 м) температура кипения воды будет менее 70 °C.
При нормальном давлении жидкий аммиак кипит при -33 °C, вода — при 100 °C, ртуть — при 357 °C.
Это свойство жидкостей широко используют в разных технологических процессах. Например, в процессе нефтепереработки для разъединения нефтепродуктов — бензина, мазута и масел, имеющих разную температуру кипения; при сахароварении (благодаря пониженному давлению сироп кипит при низкой температуре, и поэтому сахар не пригорает).
Чтобы вычислить количество теплоты, необходимой для кипения, следует учитывать: а) теплоту нагревания жидкости до температуры кипения Q1; б) теплоту парообразования Q2: Q = Q1 + Q2.
Таким образом, все жидкости имеют постоянную температуру кипения, которая зависит от рода вещества и внешнего давления. Чтобы кипение продолжалось, необходимо жидкость нагреть до температуры кипения и продолжать нагревать ее, предоставляя количество теплоты, необходимое для парообразования:
Q = cmΔt + rm.
