Tothom coneix la imatge: hi ha una olla d'aigua al fogó al foc. L'aigua del fred s'escalfa a poc a poc, de manera que apareixen les primeres bombolles a la seva superfície, i aviat tot està bullint alegrement. Quina és la calor de vaporització de l'aigua? Alguns recordem del currículum escolar que la temperatura de l'aigua a pressió atmosfèrica natural no pot superar els 100 °C. I els que no ho recordin o no ho creguin poden utilitzar el termòmetre adequat i assegurar-se, observant les mesures de seguretat.
Però com pot ser això? Al cap i a la fi, el foc encara està cremant sota la paella, cedeix la seva energia al líquid, i on va si no escalfa l'aigua? Resposta: l'energia s'utilitza per convertir l'aigua en vapor.
On va l'energia
A la vida ordinària, estem acostumats als tres estats de la matèria que ens envolta: sòlid, líquid i gasós. En estat sòlid, les molècules es fixen rígidament a la xarxa cristal·lina. Però això no significa la seva total immobilitat, a qualsevol temperatura, sempre que sigui almenys un grau superior a -273 °C (això és zero absolut), les molècules vibren. A més, l'amplitud de la vibració depèn de la temperatura. Quan s'escalfa, es transfereix energiapartícules d'una substància, i aquests moviments caòtics es tornen més intensos, i després assoleixen una força tal en un moment determinat que les molècules surten dels nius de la xarxa - la substància es converteix en líquid.
En estat líquid, les molècules estan estretament relacionades entre si per la força d'atracció, encara que no estan fixades en un punt determinat de l'espai. Amb l'acumulació addicional de calor per part de la substància, les vibracions caòtiques d'una part de les molècules es fan tan grans que es supera la força d'atracció de les molècules entre si, i es separen volant. La temperatura de la substància deixa d'augmentar, tota l'energia es transfereix ara als següents lots de partícules i, així, pas a pas, tota l'aigua de la paella omple la cuina en forma de vapor.
Cada substància requereix una certa quantitat d'energia per dur a terme aquest procés. La calor de vaporització de l'aigua, com altres líquids, és finita i té valors específics.
En quines unitats es mesura
Qualsevol energia (fins i tot moviment, fins i tot calor) es mesura en joules. Joule (J) rep el nom del famós científic James Joule. Numèricament, es pot obtenir una energia d'1 J si un determinat cos és empès a una distància d'1 metre amb una força d'1 Newton.
Abans, per mesurar la calor, utilitzaven un concepte com "caloria". Es creia que la calor és una substància física que pot entrar o sortir de qualsevol cos. Com més es va "filtrar" al cos físic, més calor fa. Als llibres de text antics, encara podeu trobar aquesta quantitat física. Però no és difícil convertir-lo a joules, n'hi ha prou amb multiplicar per 4,19.
L'energia necessària per convertir líquids en gasos s'anomena calor específica de vaporització. Però com calcular-ho? Una cosa és convertir un tub d'assaig d'aigua en vapor i una altra cosa és convertir el dipòsit d'una màquina de vapor enorme d'un vaixell.
Per tant, per exemple, per a H2O, en enginyeria tèrmica funcionen amb el concepte de "calor específica de vaporització de l'aigua" (J / kg - unitat de mesura). I aquí la paraula clau és "específic". Es considera la quantitat d'energia necessària per convertir 1 kg de substància líquida en vapor.
El valor s'indica amb la lletra llatina L. El valor es mesura en joules per 1 kg.
Quanta energia necessita l'aigua
La calor específica de vaporització de l'aigua es mesura de la següent manera: s'aboca la quantitat de N al recipient i es porta a ebullició. L'energia gastada en la vaporització d'un litre d'aigua serà el valor desitjat.
Mesurant quina és la calor específica de vaporització de l'aigua, els científics es van sorprendre lleugerament. Per convertir-se en un gas, l'aigua necessita més energia que tots els líquids comuns a la Terra: tota la línia d'alcohols, gasos liquats i fins i tot més que metalls com el mercuri i el plom.
Per tant, la calor de vaporització de l'aigua va resultar ser de 2,26 mJ/kg. Per comparar:
- per al mercuri: 0,282 mJ/kg;
- plom té 0,855 mJ/kg.
I si fos al revés?
Què passa si inverteixes el procés i fas que el líquid es condense? Res especial, hi ha una confirmació de la llei de conservació de l'energia: en condensar-ne unad'un quilogram de líquid del vapor, s'allibera exactament la mateixa quantitat de calor que es necessita per tornar-lo a convertir en vapor. Per tant, el terme "calor específica de vaporització i condensació" es troba més sovint a les taules de referència.
Per cert, el fet que la calor s'absorbeixi durant l'evaporació s'utilitza amb èxit en electrodomèstics i industrials per crear fred artificial.
