Avdunstning och kokning

Avdunstning och kokning

Vad händer i en vätska under avdunstning och kokning? Vilka faktorer styr dess kokpunkt?

Kemi

Nyckelord

indunstning, vår, fasövergång, kokpunkt, tryck, värmeöverföring, temperatur, lufttryck, tillstånd av materia, vatten, vätska, temperaturändring, Fysik, termodynamik, kokande vatten, fysikalisk egenskap, fysik, kemi

Relaterade objekt

Scener

Avdunstning

  • omättad ånga - Mängden molekyler som lämnar vätskan är större än mängden som återvänder.
  • vätska
  • ånga - Avdunstad vätska.
  • vätskans yta
  • mättad ånga - Mängden molekyler som lämnar vätskan och mängden som återvänder är i jämvikt.

I vätskor är attraktionen mellan partiklarna tillräckligt stark för att partiklarna ska förbli i nära kontakt när de rör sig förbi varandra. När de rör sig, kolliderar de ständigt med varandra och överför därmed sin energi. Om vissa partiklar på vätskans yta får tillräckligt med energi kan de lämna vätskan. Detta kallas avdunstning.

Under avdunstning lämnar partiklar som har mer energi än genomsnittet vätskan medan partiklarna som blir kvar i vätskan har mindre energi än genomsnittet, det betyder att vätskans temperatur sjunker. Det här är anledningen till att vi kan känna oss kalla när vår kropp är våt och kroppsvärmen får vatten att avdunsta. Med andra ord innebär avdunstningen en värmesänkning.

Hastigheten med vilken avdunstningen sker påverkas avsevärt av ytans area, vätskans temperatur, luftfuktigheten i utrymmet över vätskan och luftens rörelser.

Mättad ånga

  • mättad ånga - Mängden molekyler som lämnar vätskan och mängden som återvänder är i jämvikt.
  • Mättad ånga kondenserar när den komprimeras, dess tryck ökar inte. - Trycket i mättad ånga påverkas endast av temperaturen.
  • vätska
  • kolv

När en vätska avdunstar i ett slutet utrymme, samlas fler och fler avdunstade partiklar ovanför vätskans yta. Många av dessa partiklar kondenseras dock och återgår till vätskan.

När avdunstnings- och kondensationsprocesserna når ett jämviktstillstånd bildas mättad ånga inne i det slutna utrymmet.

Ångans partiklar kolliderar med kärlets vägg, det vill säga, de utövar tryck på kärlet. Ångtrycket beror endast på temperaturen. Ju högre temperatur desto högre tryck. När en gas komprimeras ökar dess tryck, när ånga komprimeras däremot kondenseras den och trycket förblir oförändrat. Detta är den största skillnaden mellan en gas och ånga.

Kokning

  • ångbubblor - Ångbubblor bildas i det kokande vattnet.
  • vätska
  • lufttryck - Dess genomsnittliga värde vid havsnivån är ungefär 101 000 Pa.
  • termometer
  • tryck i ångbubblan - Trycket i ångbubblorna beror på temperaturen.
  • vattenmolekyler
  • ångbubbla

Fasövergången från vätskefasen till gasfasen kan ske på två olika sätt, genom avdunstning eller genom kokning.

Avdunstning sker endast på ytan men när det gäller kokning bildas ångbubblor inne i vätskan och dessa bubblor stiger sedan till ytan. Detta kallas förångning.

Denna process kan endast ske om trycket som utövas av den mättade ångan når det yttre lufttrycket vid en given temperatur, annars skulle lufttrycket få de nyligen bildade ångbubblorna att kollapsa. Det vill säga att, för att kokning ska ske, krävs en lämplig hög temperatur eller lågt lufttryck.

Kokpunkt

  • Lågt lufttryck vattnets kokpunkt är lägre
  • Normalt lufttryck vattnets kokpunkt är 100 °C
  • 0 m
  • 100 °C
  • 89,6 °C
  • 3000 m
  • 74 °C
  • 8000 m
  • 70,6 °C
  • 10 000 m

Vätskors kokpunkt beror på trycket.

Vatten kokar vid 100 °C vid normalt lufttryck. Om trycket däremot är lägre, till exempel högt uppe på ett berg, blir även kokpunkten lägre. Under högt tryck höjs även kokpunkten. Det här är orsaken till att det går snabbare att laga mat, vid temperaturer över 100 °C i en sluten tryckkokare.

Ångkokare

  • högtempererat vatten - Temperaturen på vätskan i en tillsluten tryckkokare är högre än samma vätskas kokpunkt i ett öppet kärl.
  • ventil - Ventilen förblir stängd så länge det inre ångtrycket inte når maxtrycket. Om trycket däremot stiger över det förinställda värdet inuti tryckkokaren, öppnas ventilen. Ångan släpps ut och därmed kan trycket hållas konstant.
  • högtrycksånga - Om en vätska värms upp i ett slutet utrymme kommer ångtrycket inuti kärlet att vara högre än lufttrycket utanför.
  • termometer
  • ångtryck

En tryckkokare är ett slutet kärl i vilket vatten kokar först vid temperaturer över den normala kokpunkten på 100 °C, vilket gör att maten tillagas snabbare.

Anledningen till den höga kokpunkten är att locket gör tryckkokaren lufttät, så att ångan inte kan slippa ut. Ångtrycket är mycket högre än det yttre lufttrycket, och på grund av detta ökar vätskans kokpunkt i kärlet.

I en typ av tryckkokare styrs det inre trycket av en tryckventil i locket. Ju tyngre ventilen är, desto högre ångtryck tillåts i tryckkokaren, vilket innebär högre kokpunkt för vätskan inuti.

Kavitation

  • framsidan av propellerbladen - högt tryck
  • baksidan av propellerbladen - lågt tryck - Vid de punkter på propellern där vattentrycket är lågt kan vattnet börja koka.

Kavitation sker när ett objekt, till exempel en propeller, rör sig snabbt i vatten. Vid vissa punkter på ytan av det snabbgående objektet kan trycket i vätskan sjunka och, som en konsekvens, kan vätskan börja koka och ångbubblor uppstå.

Om dessa bubblor, eller kaviteter, når en region där trycket är högre kollapsar de nästan omgående. När bubblorna kollapsar frigörs en signifikant mängd energi i form av en akustisk schockvåg, vilken förutom att den är högljudd, kan orsaka skador på objektets yta.

I fallet med till exempel propellrar är det viktigt att minimera de skadliga effekterna av kavitation. Detta fenomen kan dock även användas för att rengöra olika objekts ytor.

Relaterade objekt

Fasövergångar

En fasövergång är omvandlingen av ett ämne från ett tillstånd till ett annat.

Smältning och frysning

Under frysning bildas vätebindningar mellan vattenmolekyler vilka resulterar i en kristallstruktur.

Herons ångkula

Heron uppfann den första ångmaskinen, han tycks dock främst ha betraktat den som en underhållande leksak.

James Watts ångmaskin (1700-talet)

Ångmaskinen som förbättrades av den skotska uppfinnaren James Watt, kom att revolutionera teknologin.

Termometrar

Det finns olika typer av instrument för mätning av temperatur.

Vatten (H₂O)

Vatten är en mycket stabil förening av väte och syre. Det har en avgörande betydelse för alla livsformer och förekommer i naturen i flytande, fast och...

Hur fungerar en hårtork?

Denna animation visar hur en hårtork fungerar.

Hur fungerar en impulångsturbin?

Denna animation visar impulsångturbinens konstruktion och funktion.

Hur fungerar ett kylskåp?

Denna animation visar hur ett kylskåp fungerar.

Hur fungerar luftkonditionering?

En luftkonditioneringsapparat kyler den varma inomhusluften.

Added to your cart.