Vsi poznajo sliko: na štedilniku na ognju je lonec z vodo. Voda iz mrzle se postopoma segreje, tako da se na njeni površini pojavijo prvi mehurčki in kmalu vse skupaj veselo kipi. Kakšna je toplota izhlapevanja vode? Nekateri se iz šolskega programa spomnimo, da temperatura vode pri naravnem atmosferskem tlaku ne sme preseči 100 °C. In tisti, ki se ne spomnijo ali ne verjamejo, lahko uporabijo ustrezen termometer in se prepričajo ob upoštevanju varnostnih ukrepov.
Toda kako je to lahko? Konec koncev ogenj še vedno gori pod posodo, svojo energijo odda tekočini in kam gre, če ne segreje vode? Odgovor: Energija se uporablja za pretvorbo vode v paro.
Kam gre energija
V običajnem življenju smo vajeni treh stanj snovi okoli nas: trdno, tekoče in plinasto. V trdnem stanju so molekule togo fiksirane v kristalni mreži. A to ne pomeni njihove popolne nepremičnosti, pri kateri koli temperaturi, dokler je vsaj stopinja višja od -273 °C (to je absolutna nič), molekule vibrirajo. Poleg tega je amplituda vibracij odvisna od temperature. Pri segrevanju se energija prenašadelci snovi in ta kaotična gibanja postanejo intenzivnejša, nato pa v določenem trenutku dosežejo takšno silo, da molekule zapustijo gnezda mreže - snov postane tekočina.
V tekočem stanju so molekule med seboj tesno povezane s silo privlačnosti, čeprav niso fiksirane na določeni točki v prostoru. Z nadaljnjim kopičenjem toplote s snovjo postanejo kaotične vibracije dela molekul tako velike, da se premaga sila privlačnosti molekul med seboj in odletijo narazen. Temperatura snovi preneha naraščati, vsa energija se zdaj prenese na naslednje in naslednje serije delcev in tako, korak za korakom, vsa voda iz ponve napolni kuhinjo v obliki pare.
Vsaka snov zahteva določeno količino energije za izvedbo tega procesa. Toplota izhlapevanja vode je, tako kot druge tekočine, končna in ima določene vrednosti.
V kakšnih enotah se meri
Vsaka energija (tudi gibanje, celo toplota) se meri v joulih. Joule (J) je dobil ime po slavnem znanstveniku Jamesu Joulu. Številčno lahko dobimo energijo 1 J, če neko telo potisnemo na razdaljo 1 metra s silo 1 Newton.
Prej so za merjenje toplote uporabljali koncept, kot je "kalorija". Veljalo je, da je toplota taka fizična snov, ki lahko teče v ali iz katerega koli telesa. Bolj ko je "uhajalo" v fizično telo, bolj vroče je. V starih učbenikih lahko še vedno najdete to fizikalno količino. Vendar ga ni težko pretvoriti v joule, dovolj je, da ga pomnožite s 4,19.
Energija, potrebna za pretvorbo tekočin v pline, se imenuje specifična toplota izhlapevanja. Toda kako ga izračunati? Eno je spremeniti epruveto z vodo v paro, drugo pa spremeniti rezervoar velikega ladijskega parnega stroja.
Zato na primer za H2O v toplotni tehniki delujejo s konceptom "specifične toplote izhlapevanja vode" (J / kg - merska enota). In ključna beseda tukaj je "specifično". Šteje se za količino energije, ki je potrebna, da se 1 kg tekoče snovi pretvori v paro.
Vrednost je označena z latinsko črko L. Vrednost se meri v joulih na 1 kg.
Koliko energije potrebuje voda
Specifična toplota izhlapevanja vode se meri na naslednji način: količino N vlijemo v posodo in zavremo. Energija, porabljena za uparjanje litra vode, bo želena vrednost.
Ko so izmerili, kakšna je specifična toplota izhlapevanja vode, so bili znanstveniki rahlo presenečeni. Da se voda spremeni v plin, potrebuje več energije kot vse tekočine, ki so običajne na Zemlji: celotna linija alkoholov, utekočinjenih plinov in celo več kot kovine, kot sta živo srebro in svinec.
Torej se je izkazalo, da je toplota izhlapevanja vode 2,26 mJ/kg. Za primerjavo:
- za živo srebro - 0,282 mJ/kg;
- svinec ima 0,855 mJ/kg.
Kaj če je obratno?
Kaj se zgodi, če obrnete postopek, da tekočina kondenzira? Nič posebnega, obstaja potrditev zakona ohranjanja energije: pri zgoščevanju enegakilograma tekočine iz pare, se sprosti natanko toliko toplote, kot je potrebna, da jo spremenimo nazaj v paro. Zato se v referenčnih tabelah pogosteje pojavlja izraz "specifična toplota izhlapevanja in kondenzacije".
Mimogrede, dejstvo, da se toplota absorbira med izhlapevanjem, se uspešno uporablja v gospodinjskih in industrijskih aparatih za ustvarjanje umetnega mraza.
