Parowanie i wrzenie

Parowanie i wrzenie

Co zachodzi w cieczy podczas parowania, a co podczas wrzenia? Od czego zależy temperatura wrzenia cieczy?

Chemia

Etykiety

parowanie, wiosna, przejście fazowe, temperatura wrzenia, ciśnienie, przenikania ciepła, temperatura, ciśnienie powietrza, stan materii, woda, ciecz, zmiana temperatury, Fizyka, termodynamika, gotująca się woda, własność fizyczna, fizyka, chemia

Powiązane treści

Sceny

Parowanie

  • para nienasycona - Stan, w którym więcej cząsteczek opuszcza ciecz, niż ile do niej przypadkowo powraca.
  • ciecz
  • para wodna - Ciecz po wyparowaniu.
  • powierzchnia cieczy
  • para nasycona - Stan równowagi, w którym tyle samo cząsteczek opuszcza ciecz, ile do niej powraca.

Wewnątrz materii w ciekłym stanie skupienia wzajemne przyciąganie się cząsteczek jest na tyle silne, że cząsteczki nie mogą się od siebie oddalić, ale przemieszczają się swobodnie w obrębie objętości cieczy.
Podczas ruchu cząsteczki bez przerwy zderzają się ze sobą, a więc nieprzerwanie przekazują sobie nawzajem swoją energię.
W trakcie tej wymiany energii może się zdarzyć, że niektóre cząsteczki, znajdujące się na powierzchni cieczy, otrzymają wystarczająco dużo energii, żeby oderwać się od cieczy.

Ten proces nazywa się parowaniem.
Podczas procesu parowania z cieczy uwalniają się te cząsteczki, które posiadają więcej energii, niż pozostałe, w związku z tym na przeciętną cząsteczkę pozostałą w cieczy przypada coraz mniej energii, a więc temperatura cieczy spada.
Mając mokre ciało doświadczamy chłodu dlatego, że podczas procesu parowania zachodzi pobieranie ciepła.

Szybkość procesu parowania w dużej mierze zależy od powierzchni i temperatury cieczy, wilgotności przestrzeni nad cieczą, jak również od ruchu powietrza.

Para nasycona

  • para nasycona - Stan równowagi, w którym tyle samo cząsteczek opuszcza ciecz, ile do niej powraca.
  • Na skutek zmniejszenia objętości para nasycona ulega skropleniu, przy czym ciśnienie pozostaje bez zmian. - Ciśnienie pary nasyconej zależy tylko od temperatury.
  • ciecz
  • tłok

Jeśli ciecz paruje w ograniczonej przestrzeni, w miarę upływu czasu nad cieczą będzie się unosić coraz więcej wyparowanych cząsteczek, ale jednocześnie coraz więcej z nich powróci do cieczy. Po pewnym czasie następuje równowaga pomiędzy parowaniem a skraplaniem, tyle samo cząsteczek odrywa się od cieczy, ile do niej powraca, i w zamkniętej przestrzeni powstaje stan pary nasyconej.
Cząsteczki pary uderzają w ścianę naczynia z cieczą, czyli wywierają na nią nacisk. Ciśnienie pary zależy wyłącznie od temperatury. Cieplejsza para ma wyższe ciśnienie, a chłodniejsza niższe.
Jeśli poddamy parę sprężeniu, wówczas jej ciśnienie nie wzrośnie, jak w przypadku gazu, tylko ulegnie ona skropleniu, natomiast ciśnienie pozostanie bez zmian.
Jest to najważniejsza różnica pomiędzy parą wodną a gazem, chociaż obie substancje znajdują się w gazowym stanie skupienia.

Wrzenie

  • pęcherzyki pary wodnej - Pącherzyki pary powstają w całej objętości wrzącej wody.
  • ciecz
  • ciśnienie atmosferyczne - Na poziomie morza wynosi przeciętnie 101000 Pa.
  • termometr
  • ciśnienie pęcherzyków pary - Ciśnienie panujące wewnątrz pęcherzyków pary zależy od temperatury.
  • cząsteczki wody
  • pęcherzyk pary wodnej

Ciało w stanie ciekłym może zmienić stan skupienia na gazowy na dwa sposoby: w wyniku procesu wrzenia lub parowania.
Parowanie jest zjawiskiem zachodzącym na powierzchni cieczy.
Natomiast podczas wrzenia pęcherzyki pary powstają w objętości cieczy i dopiero potem wydostają się na powierzchnię.
Wrzenie jest możliwe tylko wtedy, kiedy ciśnienie pary nasyconej w danej temperaturze zrówna się z ciśnieniem zewnętrznym, inaczej ciśnienie atmosferyczne zgniecie powstające właśnie pęcherzyki pary.
Zatem wrzenie zachodzi w odpowiednio wysokiej temperaturze lub w warunkach odpowiednio niskiego ciśnienia.

Temperatura wrzenia

  • Niskie ciśnienie atmosferyczne niższa niż normalnie temperatura wrzenia wody
  • Normalne ciśnienie atmosferyczne temperatura wrzenia wody wynosi 100 °C
  • 0 m
  • 100 °C
  • 89,6 °C
  • 3000 m
  • 74 °C
  • 8000 m
  • 70,6 °C
  • 10 000 m

Temperatura wrzenia cieczy zależy od ciśnienia. Przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym woda wrze w temperaturze 100 stopni Celsiusza, ale przy niższym ciśnieniu, na przykład w wysokich górach, temperatura wrzenia też jest niższa.
Natomiast przy wysokim ciśnieniu woda nie wrze nawet w temperaturze 100 stopni Celsiusza, tylko w wyższej, dlatego w zamkniętym szybkowarze, w którym panuje wyższe ciśnienie, możemy skutecznie gotować w temperaturze powyżej 100 stopni Celsiusza.

Szybkowar

  • woda o wysokiej temperaturze - Temperatura cieczy znajdującej się w szybkowarze jest wyższa, niż temperatura wrzenia w przypadku otwartego garnka.
  • zawór bezpieczeństwa - Ciężar umieszczony na zaworze bezpieczeństwa może unieść tylko para osiągająca odpowiednie ciśnienie. Przez otwarty zawór wydobywa się nadmiar pary wodnej, zapewniając wewnątrz garnka stałe ciśnienie.
  • para pod wysokim ciśnieniem - Jeśli podgrzewamy ciecz w zamkniętej przestrzeni, wówczas ciśnienie unoszącej się nad nią pary przewyższa ciśnienie atmosferyczne.
  • termometr
  • ciśnienie pary

Szybkowar to garnek, w którym woda nie wrze w zwykłej temperaturze wrzenia, wynoszącej 100 stopni Celsiusza, tylko w temperaturze wyższej, dlatego potrawy gotują się szybciej.
Wysoka temperatura wrzenia wynika z tego, że garnek jest szczelnie zamknięty, więc pod wpływem podgrzewania ciśnienie powstającej pary staje się dużo wyższe od zewnętrznego ciśnienia atmosferycznego, a więc rośnie też temperatura wrzenia znajdującej się w garnku cieczy (zazwyczaj wody). Na pokrywie garnka znajduje się zawór bezpieczeństwa, który reguluje ciśnienie powstającej wewnątrz pary. Obciążając zawór powodujemy, że może go podnieść tylko para wodna pod wyższym ciśnieniem i w ten sposób zwiększamy również temperaturę wrzenia znajdującej się w garnku cieczy.

Kawitacja

  • przednia powierzchnia śruby napędowej statku - wysokie ciśnienie
  • tylna powierzchnia śruby napędowej statku - niskie ciśnienie - W tych częściach powierzchni śruby napędowej statku, gdzie ciśnienie cieczy jest niskie, może nastąpić wrzenie wody.

Zjawisko kawitacji występuje wtedy, kiedy przedmiot, na przykład śruba napędowa statku, porusza się z dużą prędkością w wodzie.
Ciśnienie cieczy może zmniejszyć się gwałtownie na powierzchni niektórych części szybko poruszającego się przedmiotu, co powoduje w tym miejscu wrzenie cieczy i powstawanie pęcherzyków pary.
Kiedy jednak powstające pęcherzyki pary trafią do miejsca o wyższym ciśnieniu, szybko pękają. Tej implozji towarzyszy tak silna akustyczna fala uderzeniowa, że oprócz hałasu może spowodować uszkodzenia danego przedmiotu.
Niepożądane oddziaływanie kawitacji na pompy czy śruby napędowe statku należy koniecznie zmniejszać, chociaż zjawisko kawitacji może być też użyteczne, np. podczas czyszczenia powierzchni.

Powiązane treści

Zmiany stanów skupienia materii

Przejścia fazowe pomiędzy stanami gazowym, między stanem ciekłym a stałym nazywamy zmianami stanu skupienia.

Topnienie i zamarzanie

W procesie zamarzania pomiędzy molekułami wody powstają wiązania wodorowe w wyniku czego tworzy się struktura krystaliczna.

Bania Herona

Wynalazca, Heron z Aleksandrii, jest ojcem turbiny parowej mimo, że on sam nazywał swoje urządzenie zabawką.

Maszyna parowa Jamesa Watta (XVIII wiek)

Silnik parowy, ulepszony przez szkockiego inżyniera, zrewolucjonizował rozwój techniki, dzięki różnorodnym możliwościom zastosowania.

Termometr

Do pomiaru temperatury służą różne przyrządy, zwane termometrami.

Woda (H₂O)

Bardzo trwały związek chemiczny wodoru i tlenu, niezbędny do życia. W przyrodzie występuje we wszystkich trzech stanach skupienia.

Jak działa akcyjna turbina parowa?

Dzięki animacji możemy poznać konstrukcję i działanie akcyjnej turbiny parowej.

Jak działa chłodziarka (lodówka)?

Dzięki animacji możemy poznać konstrukcję i działanie lodówki.

Jak działa klimatyzacja?

Klimatyzator chłodzi powietrze poprzez pobieranie ciepła wewnątrz pomieszczenia i uwalnianie go na zewnątrz.

Jak działa suszarka do włosów?

Animacja prezentuje budowę i zasadę działania suszarki do włosów.

Added to your cart.