Изобретателски задачи. Зависимост на налягането на наситените пари от температурата

>>Физика: Зависимост на налягането на наситените пари от температурата. кипене

Течността не само се изпарява. При определена температура кипи.
Зависимост на налягането на наситените пари от температурата. Състоянието на наситената пара, както показва опитът (говорихме за това в предишния параграф), се описва приблизително от уравнението на състоянието на идеален газ (10.4), а неговото налягане се определя от формулата

С повишаване на температурата налягането се увеличава. защото Налягането на наситените пари не зависи от обема, следователно зависи само от температурата.
Въпреки това, зависимостта r н.п.от T, намерено експериментално, не е правопропорционално, като това на идеален газ при постоянен обем. С повишаване на температурата налягането на реалната наситена пара нараства по-бързо от налягането на идеален газ ( Фиг.11.1, част от кривата AB). Това става очевидно, ако начертаем изохори на идеален газ през точките АИ IN(пунктирани линии). Защо се случва това?

Когато течността се нагрява в затворен съд, част от течността се превръща в пара. В резултат на това съгласно формула (11.1) налягането на наситените пари се увеличава не само поради повишаване на температурата на течността, но и поради увеличаване на концентрацията на молекулите (плътността) на парите. По принцип нарастването на налягането с повишаване на температурата се определя именно от увеличаването на концентрацията. Основната разлика в поведението на идеален газ и наситена пара е, че когато температурата на парата в затворен съд се промени (или когато обемът се промени при постоянна температура), масата на парата се променя. Течността частично се превръща в пара или, напротив, парата частично кондензира. Нищо подобно не се случва с идеална газ.
Когато цялата течност се изпари, парата ще престане да бъде наситена при по-нататъшно нагряване и нейното налягане при постоянен обем ще се увеличи правопропорционално на абсолютната температура (виж. Фиг.11.1, част от кривата слънце).
. С повишаване на температурата на течността скоростта на изпарение се увеличава. Накрая течността започва да кипи. При кипене по целия обем на течността се образуват бързо нарастващи мехурчета пара, които изплуват на повърхността. Точката на кипене на течността остава постоянна. Това се случва, защото цялата енергия, предоставена на течността, се изразходва за превръщането й в пара. При какви условия започва кипенето?
Течността винаги съдържа разтворени газове, отделящи се на дъното и стените на съда, както и върху прахови частици, суспендирани в течността, които са центрове на изпарение. Течните пари вътре в мехурчетата са наситени. С повишаването на температурата налягането на наситените пари се увеличава и мехурчетата се увеличават по размер. Под въздействието на плаваща сила те се носят нагоре. Ако горните слоеве на течността имат по-ниска температура, тогава в тези слоеве се получава кондензация на пари в мехурчета. Налягането пада бързо и мехурчетата се свиват. Колапсът настъпва толкова бързо, че стените на балона се сблъскват и предизвикват нещо като експлозия. Много такива микроексплозии създават характерен шум. Когато течността се затопли достатъчно, мехурчетата ще спрат да се срутват и ще изплуват на повърхността. Течността ще заври. Наблюдавайте внимателно чайника на котлона. Ще откриете, че почти спира да шуми, преди да заври.
Зависимостта на налягането на наситените пари от температурата обяснява защо точката на кипене на течността зависи от налягането върху нейната повърхност. Парен мехур може да нарасне, когато налягането на наситената пара вътре в него леко надвишава налягането в течността, което е сумата от въздушното налягане върху повърхността на течността (външно налягане) и хидростатичното налягане на течния стълб.
Нека обърнем внимание на факта, че изпарението на течност се извършва при температури под точката на кипене и само от повърхността на течността; по време на кипене се образува пара в целия обем на течността.
Кипенето започва при температурата, при която налягането на наситените пари в мехурчетата е равно на налягането в течността.
Колкото по-голямо е външното налягане, толкова по-висока е точката на кипене. Така в парен котел при налягане, достигащо 1,6·10 6 Pa, водата не кипи дори при температура 200 ° C. В лечебни заведения в херметически затворени съдове - автоклави ( Фиг.11.2) кипенето на водата става и при повишено налягане. Следователно точката на кипене на течността е много по-висока от 100°C. Автоклавите се използват за стерилизиране на хирургически инструменти и др.

И обратно, като намаляваме външното налягане, по този начин намаляваме точката на кипене. Като изпомпвате въздух и водни пари от колбата, можете да накарате водата да заври при стайна температура ( Фиг.11.3). Докато изкачвате планини, атмосферното налягане намалява, следователно точката на кипене намалява. На надморска височина от 7134 m (връх Ленин в Памир) налягането е приблизително 4 10 4 Pa ​​​​(300 mm Hg). Там водата кипи при около 70°C. При тези условия е невъзможно да се готви месо.

Всяка течност има своя точка на кипене, която зависи от налягането на наситените пари. Колкото по-високо е налягането на наситените пари, толкова по-ниска е точката на кипене на течността, тъй като при по-ниски температури налягането на наситените пари става равно на атмосферното налягане. Например, при точка на кипене 100°C налягането на наситените пари на водата е 101 325 Pa (760 mm Hg), а налягането на живачните пари е само 117 Pa (0,88 mm Hg). Живакът кипи при температура 357°C при нормално налягане.
Течността кипи, когато налягането на наситените пари стане равно на налягането вътре в течността.

???
1. Защо температурата на кипене се повишава с увеличаване на налягането?
2. Защо при кипенето е важно да се повишава налягането на наситените пари в мехурчетата, а не да се повишава налягането на въздуха в тях?
3. Как да заври течност, докато охлаждаме съда? (Този въпрос не е лесен.)

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Соцкий, Физика 10 клас

Ако имате корекции или предложения за този урок,

Без съмнение физиката е една от най-интересните науки. Дори и най-безполезните експерименти могат да се окажат доста вълнуващи в същото време. Например кипенето на течност, когато се охлади от едната страна, изглежда невероятно. В крайна сметка, в ред течностСлед като заври, трябва да се загрее, но не и да се охлади, както си мислехме. Но всичко е възможно. За такъв експеримент не се нуждаете от специални течност, обикновената вода ще направи, просто трябва да създадете специални условия.

Ще имаш нужда

• Колба, вода, газова горелка, статив.

Инструкции

Налейте обикновена чешмяна вода в колбата и я напълнете до около половината. След това поставете колбата върху газова горелка и загрейте водата, докато заври.

Когато водата в колбата заври, изключете котлона и изчакайте, докато кипенето спре. Затворете плътно колбата с гумена запушалка и я фиксирайте в държача на статива, като я обърнете с главата надолу.

След това започнете да наливате студена вода върху дъното на колбата. Колкото по-добре да се охлади съд, толкова по-живо ще бъде изживяването. Мехурчетата ще се издигнат на повърхността на водата и водата в колбата ще заври, докато се охлажда. Това може да се обясни с факта, че водната пара, разположена вътре съди при охлаждане започват да кондензират по стените на колбата. Поради това налягането на водните пари вътре в колбата започва да намалява. При понижено налягане водата започва да кипи не при сто градуса по Целзий, а при по-ниска температура. Тъй като водата все още не е напълно охладена, а налягането е съд e падна, поради което при охлаждане се получава кипене.

Забележка

Най-добре е да използвате топлоустойчива стъклена колба за този експеримент. При охлаждане на горещ съд със студена вода обикновеното стъкло може да се спука поради рязка промяна на температурата и експериментът няма да се проведе.

Тъй като всяка работа трябва да има смисъл, интересът на децата може да се стимулира чрез оценка. Ако задачата е зададена у дома, тогава за пет различни решения на задачата - оценка "5", за всеки две допълнителни решения - друга оценка "5". Ако задачата е дадена в клас, се оценяват най-активните ученици.

– Покрийте съда с капак 2 . По този начин се повишава налягането и следователно точката на кипене на водата в него.

– Посолете водата в съда 2 – точката на кипене също ще се повиши.

– Сварете вода в съд 2 няколко пъти, като го оставяте да изстине между кипенията. По този начин ще премахнем примесите от водата (те ще се утаят), а оттам и центровете на изпарение и следователно ще повишим точката на кипене на водата.

– Поставете на дъното на съда 2 ултразвуков генератор.

– Поставете медна пръчка във водата, така че да лежи на дъната на двата съда. В този случай получаваме топлопроводник.

– Изчакайте водата да влезе в съда 2 ще изври.

– Изсипете в съд 2 течност, кипяща при температури над 100 °C.

– Загрейте магнита. По този начин ние неправилно ориентираме домейните в магнита.

- Загрейте нокътя. Така ще дезориентираме домейните в
пирон.

– Използвайте лост от дърво или немагнитен метал.

– Увийте жицата около гвоздея и прекарайте тока. Така гвоздеят се превръща в магнит със същата полярност като краищата на подковата.

- Издърпайте рязко нокътя.

– Поставете желязната пръчка над гвоздея. Така ще „съединим накъсо“ линиите на магнитна индукция и ще отслабим магнитното поле в краищата на магнита.

– Докоснете магнита. Деформацията ще доведе до нарушаване на подредената ориентация на домейните в магнита.

– Помпете въздух в колбата. Както знаете, арката лесно се счупва, ако натиснете отвътре.

– Поставете цялата система под камбаната, като запушите тръбата и изпомпайте въздуха от камбаната. Така ще създадем излишно налягане в колбата и тя ще се спука, както в предишния случай.

– Налейте вода в колбата и замразете. Колбата ще се спука, защото Водата се разширява при охлаждане.

– Загрейте колбата неравномерно. Охладете половината от колбата и загрейте другата половина. Крушката ще се спука поради разликата в термичното разширение.

– Насочете звукова вълна към колбата. Звукът ще накара стените на колбата да вибрират и при резонанс колбата ще се спука.

– Поставете още няколко тухли отгоре.

- Удари тухлата.

– Изчакайте, докато водата се изпари.

– Загрейте чашата, за да ускорите изпарението.

– Потопете лъжица в чаша и замразете. След това извадете лъжицата заедно с леда.

Забележка. Веднага след замразяване е невъзможно да вземете лъжица, така че ръбовете на чашата ще трябва да се нагреят малко.

- Поставете гъба в чашата.

– Поставете сламка за коктейл в чашата и изсмучете водата.

– Поставете края на дълга гумена тръба в чашата, спуснете другия й край под повърхността на течността и изсмучете въздуха от тръбата – водата ще изтече.

– Поставете тръба в чашата, чийто другият край се поставя в съд с ниско налягане. Атмосферното налягане ще изтласка водата в друг съд.

– Преместете чашите една спрямо друга, като ги завъртите една спрямо друга.

- Почакай малко. Системата не е напълно запечатана и въздухът все още прониква през уплътнението.

– Повишете температурата на чашите, например, залейте ги с вряща вода. Налягането на газа в чашите ще се увеличи.

– Поставете системата под камбаната и евакуирайте въздуха. Налягането вътре в очилата ще бъде по-голямо, отколкото отвън.

• Как да разделя кубче лед на две равни части?

- Пилене.

– Смила се на трохи и се разделя.

– Режете с горещ нож.

- Загрейте половината.

– Разтопете кубчето, разделете водата наполовина, замразете получените половинки.

- Поставете опора.

– Приковайте краката към пода.

– Изберете експериментално ъгъла на наклон, така че да се установи равновесие. Подстрижете краката на стола под този ъгъл, за да увеличите опорната площ.

– Изрежете вдлъбнатини в пода под ъгъл и поставете краката на стола в тях.

- Залепете стола.

• Как да накарате математическа постелка да се люлее само в една равнина?

– Завъртете товара около оста му. В резултат на това ще получим жироскоп и, както е известно, равнината на въртене на жироскопа не променя позицията си в пространството.

– Направете люлка с желязна тежест в магнитно поле.

– Изградете водеща структура (две плочи).

– Направете люлеене на метална тежест в статично електрическо поле (например между две заредени топки).

– Фина настройка при стартиране.

• Как да охладим бутилирана вода?

– Поставете бутилката в хладилника.

- Поставете (облечете) под лед.

– Увийте бутилката във влажна кърпа и я поставете във въздушната струя. Докато водата се изпарява от повърхността на парцала, последният ще се охлади, отнемайки топлината от бутилката с вода.

– Увийте бутилката във влажен парцал, поставете я под камбаната и изпомпайте въздуха. По този начин ще намалим налягането, като по този начин ще ускорим изпарението.

– Поставете бутилката в съд с по-студена вода, например лед.

– Химически хладен.

• Как да свържете две метални пластини?

– Използвайте болт и гайка.

– Използвайте нитове.

- Залепете го заедно.

- Спойка.

- Кипене. (Не всички метали могат да бъдат заварени. – Изд.)

– Използвайте електрическо точково заваряване.

– Почистете и шлайфайте двете повърхности, които ще съединявате, и ги притиснете плътно. (Ето как се извършва студено заваряване в космоса. – Изд.)

• Как да нагреем метална топка?

- Сложете го във фурната.

- Хит.

- Втривайте продължително време.

– Деформирайте.

– Прекарване на електрически ток.

• Как да ускорим изсъхването на влажен парцал?

– Закачете се на въже в суха, топла стая.

- Разширете го колкото е възможно повече.

– Поставете в поток от сух въздух.

– Поставете между сухи парцали (вестници) и ги сменете периодично.

– Поръсете парцал със сух пясък (стърготини), отърсвайте го периодично и го поръсете отново с нова порция пясък. Пясъкът абсорбира влагата.

– Поставете го близо до мощен източник на високочестотно електромагнитно излъчване. В резултат на действието на токовете на Фуко течността ще се нагрее.

• Как да премахнете излишния камък?

– Отчупете с помощта на длето и чук.

- Изтрива.

– Загрейте камъка и го охладете рязко. В резултат на рязка промяна на температурата поради термично разширение, камъкът ще се напука.

– Бързо охлаждане и загряване.

- Отрежете.

- Разтопете.

• Как да напълним кофа по-бързо при дъжд?

– Поставете кофа под канализацията близо до покрива на къщата. Там водата се събира от голяма повърхност на покрива.

– Поставете фунията над кофата.

– Спуснете парче плат в кофа с единия край и закачете другия край. Водата ще тече от тъканта в кофата (площта, от която се събира водата, ще се увеличи).

– Поставете кофата под ъгъл от 45° спрямо посоката, в която падат капките. (Ще бъде по-лошо. – червен.)

– Поставете няколко заряда със същото име в центъра на кофата. В резултат на това траекторията на капките ще се промени.

• Как да се повиши нивото на водата в коляното на U-образна тръба спрямо другата?

– Изпомпайте въздуха от едното коляно и го затворете с тапа.

– Напомпайте въздух в единия лакът и го затворете с тапа.

– Налейте по-лека течност (например керосин) в единия лакът.

– Поставете преграда (бутало) между коленете и я преместете, например, на конец.

– Използвайте явлението осмоза.

• Как да накараш кола, която се търкаля по гърбица, да измине по-голямо разстояние по инерция?

- Бутане.

- Заредете колата.

– Смажете релсите с масло, като по този начин намалите коефициента на триене.

– Охладете релсите. В атмосферата винаги има водна пара, върху охладените релси ще се появи конденз, което ще намали триенето.

• Как да осигурим наличието на водни молекули на височина 1 см над повърхността на водата в съд?

– Поставете фитила във водата. Водните молекули ще се издигнат през капилярите.

– Хвърлете лед във вода: той плува във вода, следователно можете да вземете парче, което ще се издигне на 1 см над повърхността, а ледът също е вода.

- Спуснете гъбата. Водата, както в случая с фитила, ще се повиши.

- Загрейте водата.

- Нищо за правене. Водата се изпарява при всяка температура, следователно над повърхността, на всяка или почти всяка височина има поне една молекула Н2О.

• Как да осветим малко пространство?

– Запалете кибрит (свещ, факла).

- Осветете го с фенерче.

– Осветете електрическия разряд.

– Възбуждане на луминисценция.

– Възбуждат Черенков блясък (светене на водата, когато частиците преминават през нея със скорост, по-висока от скоростта на светлината във водата).

• Как да ускорим кипенето на течност в чайник?

– Увеличете мощността на нагревателя.

– Сипвайте в чайника не вода, а по-лесно вряща течност (например ацетон).

– Изолирайте чайника, например, като го увиете в дебел плат и памучно одеяло.

– Поставете каната в зона с ниско налягане.

– Непрекъснато чукайте по чайника, като по този начин разбърквате водата.

• Как да спрете движението на пружинен часовник, без да повредите външната му обвивка?

– Не пипайте часовника дълго време – той ще спре сам.

- Разклатете го силно, пуснете го, ударете го.

– Потопете в течност и замразете.

– Поставете в течен азот.

– Поставете в променливо магнитно поле.

- Нагрей го.

• Как да увеличите плъзгането на ботуши върху лед?

Опции за отговор

– Изтрийте напълно протектора на подметката.

– Направете леда равномерен и гладък.

– Намокрете повърхността на леда.

– Изсипете олио върху леда.

– Прикрепете пътеки към ботушите (за да направите кънки).

________________________

Студент 4-та година във Vyat GSU, той даде този материал през 2005 г. по време на уроци и извънкласни дейности, докато преминава преподавателска практика в училище № 5 (Слободской, Кировска област, ръководител - заслужил учител на Руската федерация Виктор Иванович Елкин[имейл защитен]). Учениците много харесаха задачите и ги решиха с удоволствие.

Без съмнение физиката е една от най-интересните науки. Дори и най-безполезните експерименти могат да се окажат доста вълнуващи в същото време. Например кипенето на течност, когато се охлади от едната страна, изглежда невероятно. В крайна сметка, в ред течностСлед като заври, трябва да се загрее, но не и да се охлади, както си мислехме. Но всичко е възможно. За такъв експеримент не се нуждаете от специални течност, обикновената вода ще направи, просто трябва да създадете специални условия.

Ще имаш нужда

• Колба, вода, газова горелка, статив.

Инструкции

Налейте обикновена чешмяна вода в колбата и я напълнете до около половината. След това поставете колбата върху газова горелка и загрейте водата, докато заври.

Когато водата в колбата заври, изключете котлона и изчакайте, докато кипенето спре. Затворете плътно колбата с гумена запушалка и я фиксирайте в държача на статива, като я обърнете с главата надолу.

След това започнете да наливате студена вода върху дъното на колбата. Колкото по-добре да се охлади съд, толкова по-живо ще бъде изживяването. Мехурчетата ще се издигнат на повърхността на водата и водата в колбата ще заври, докато се охлажда. Това може да се обясни с факта, че водната пара, разположена вътре съди при охлаждане започват да кондензират по стените на колбата. Поради това налягането на водните пари вътре в колбата започва да намалява. При понижено налягане водата започва да кипи не при сто градуса по Целзий, а при по-ниска температура. Тъй като водата все още не е напълно охладена, а налягането е съд e падна, поради което при охлаждане се получава кипене.

Забележка

Най-добре е да използвате топлоустойчива стъклена колба за този експеримент. При охлаждане на горещ съд със студена вода обикновеното стъкло може да се спука поради рязка промяна на температурата и експериментът няма да се проведе.

Всичко интересно

Играта Minecraft е толкова разнообразна, че можете да практикувате алхимия в нея. За да приготвите отвара и да я подсилите, да придобиете полезен опит, дори просто да прехвърлите вода, ви трябват стъклени флакони или колби. Можете да направите колба в Minecraft, като използвате...

Хидравличният нивелир е ръчен измервателен уред, предназначен за маркиране на хоризонтално ниво с висока точност. В ежедневието се използват домашни хидравлични нива, но в строителството и производството прецизните разделители са популярни. Инструкции 1 Хидравлично ниво...

Варенето е на пръв поглед прост физически процес, познат на всеки, който поне веднъж в живота си е кипвал чайник. Той обаче има много функции, които физиците изучават в лабораториите, а домакините - в кухните. Дори точката на кипене е далеч от...

Преваряването на вода е една от обичайните ежедневни задачи. В планинските райони обаче този процес има свои собствени характеристики. На различни височини над морското равнище водата кипи при различни температури. Как зависи точката на кипене на водата...

Водата от ела е страничен продукт, получен по време на процеса на производство на етерично масло. Но, въпреки това, той има лечебни свойства и често се използва в медицината като противовъзпалително, заздравяване на рани и...

Горещият проблем на днешния ден е темата за екологията. Замърсяването на околната среда придобива глобални размери. Водата става опасна за консумация. За да премахнете вредните примеси от водата, можете да инсталирате филтър за пречистване на водата.…

Всяка течност, излята в съд, оказва натиск върху стените и дъното му. Ако течността е в покой в ​​този момент, тогава може да се определи хидростатичното налягане. За изчисляването му има формула, която е валидна за съдове с правилната...

Точката на кипене на течност може да се използва, за да се прецени нейната чистота. Наличието на примеси или разтворени вещества обикновено понижава точката на кипене. В лабораторията този параметър може да се определи експериментално, за да се оцени предварително доброто качество...

Водата може да бъде в три основни агрегатни състояния: течно, твърдо и газообразно. Парата от своя страна може да бъде ненаситена и наситена – имаща същата температура и налягане като врящата вода. Ако температурата на водните пари при...

Кипенето е процес на изпаряване, тоест преминаване на вещество от течно състояние в газообразно състояние. Различава се от изпарението с много по-голяма скорост и бърз поток. Всяка чиста течност кипи при определена температура...

Как и защо, според какви закони протича процесът на нагряване на водата в условията на гравитация, е обяснено в учебниците по физика. Но след първите космически полети мнозина се интересуват от въпроса за поведението на тази течност при нулева гравитация. Възможно ли е да...

Алкохолът, използван в ежедневието, е известен като етанол. Въпреки това, течността, която е резултат от процеса на алкохолна ферментация, съдържа етанол и вода. За да отделите алкохола от водата, можете да използвате процеса на дестилация. Ще имаш нужда-…