Tarefas inventivas. Dependência da pressão de vapor saturado da temperatura

>>Física: Dependência da pressão de vapor saturado da temperatura. Ebulição

O líquido não apenas evapora. A uma certa temperatura ferve.
Dependência da pressão de vapor saturado da temperatura. O estado do vapor saturado, como mostra a experiência (falamos sobre isso no parágrafo anterior), é descrito aproximadamente pela equação de estado de um gás ideal (10.4), e sua pressão é determinada pela fórmula

À medida que a temperatura aumenta, a pressão aumenta. Porque A pressão de vapor saturado não depende do volume, portanto depende apenas da temperatura.
No entanto, a dependência r n.p. de T, encontrado experimentalmente, não é diretamente proporcional, como o de um gás ideal a volume constante. Com o aumento da temperatura, a pressão do vapor saturado real aumenta mais rapidamente do que a pressão de um gás ideal ( Figura 11.1, parte da curva AB). Isto se torna óbvio se desenharmos isócoros de um gás ideal através dos pontos A E EM(linhas tracejadas). Por que isso está acontecendo?

Quando um líquido é aquecido em um recipiente fechado, parte dele se transforma em vapor. Como resultado, de acordo com a fórmula (11.1) a pressão do vapor saturado aumenta não apenas devido ao aumento da temperatura do líquido, mas também devido ao aumento da concentração de moléculas (densidade) do vapor. Basicamente, o aumento da pressão com o aumento da temperatura é determinado justamente pelo aumento da concentração. A principal diferença no comportamento de um gás ideal e do vapor saturado é que quando a temperatura do vapor em um recipiente fechado muda (ou quando o volume muda a uma temperatura constante), a massa do vapor muda. O líquido transforma-se parcialmente em vapor ou, pelo contrário, o vapor condensa parcialmente. Nada disso acontece com um gás ideal.
Quando todo o líquido tiver evaporado, o vapor deixará de ficar saturado após aquecimento adicional e sua pressão a um volume constante aumentará em proporção direta à temperatura absoluta (ver. Figura 11.1, parte da curva Sol).
. À medida que a temperatura do líquido aumenta, a taxa de evaporação aumenta. Finalmente, o líquido começa a ferver. Ao ferver, bolhas de vapor que crescem rapidamente se formam em todo o volume do líquido, que flutuam até a superfície. O ponto de ebulição do líquido permanece constante. Isso acontece porque toda a energia fornecida ao líquido é gasta convertendo-o em vapor. Em que condições começa a fervura?
Um líquido sempre contém gases dissolvidos, liberados no fundo e nas paredes do recipiente, bem como em partículas de poeira suspensas no líquido, que são centros de vaporização. Os vapores líquidos dentro das bolhas estão saturados. À medida que a temperatura aumenta, a pressão do vapor saturado aumenta e as bolhas aumentam de tamanho. Sob a influência da força de empuxo, eles flutuam para cima. Se as camadas superiores do líquido tiverem uma temperatura mais baixa, ocorre a condensação do vapor em bolhas nessas camadas. A pressão cai rapidamente e as bolhas entram em colapso. O colapso ocorre tão rapidamente que as paredes da bolha colidem e produzem algo semelhante a uma explosão. Muitas dessas microexplosões criam um ruído característico. Quando o líquido aquecer o suficiente, as bolhas pararão de desmoronar e flutuarão na superfície. O líquido irá ferver. Observe atentamente a chaleira no fogão. Você descobrirá que ele quase para de fazer barulho antes de ferver.
A dependência da pressão do vapor saturado com a temperatura explica porque o ponto de ebulição de um líquido depende da pressão na sua superfície. Uma bolha de vapor pode crescer quando a pressão do vapor saturado dentro dela excede ligeiramente a pressão no líquido, que é a soma da pressão do ar na superfície do líquido (pressão externa) e a pressão hidrostática da coluna de líquido.
Prestemos atenção ao fato de que a evaporação de um líquido ocorre em temperaturas abaixo do ponto de ebulição, e somente na superfície do líquido, durante a ebulição a formação de vapor ocorre em todo o volume do líquido.
A ebulição começa na temperatura na qual a pressão do vapor saturado nas bolhas é igual à pressão no líquido.
Quanto maior a pressão externa, maior o ponto de ebulição. Assim, em uma caldeira a vapor com pressão que chega a 1,6 · 10 6 Pa, a água não ferve mesmo a uma temperatura de 200 ° C. Em instituições médicas em recipientes hermeticamente fechados - autoclaves ( Figura 11.2) a ebulição da água também ocorre a pressão elevada. Portanto, o ponto de ebulição do líquido é muito superior a 100°C. Autoclaves são usadas para esterilizar instrumentos cirúrgicos, etc.

E vice versa, ao reduzir a pressão externa, reduzimos assim o ponto de ebulição. Ao bombear ar e vapor de água para fora do frasco, você pode fazer a água ferver em temperatura ambiente ( Figura 11.3). À medida que você sobe montanhas, a pressão atmosférica diminui e, portanto, o ponto de ebulição diminui. A uma altitude de 7.134 m (Pico Lenin nos Pamirs) a pressão é de aproximadamente 4 10 4 Pa ​​​​(300 mm Hg). A água ferve ali a cerca de 70°C. É impossível cozinhar carne nestas condições.

Cada líquido tem seu próprio ponto de ebulição, que depende da pressão de vapor saturado. Quanto maior a pressão do vapor saturado, menor o ponto de ebulição do líquido, pois em temperaturas mais baixas a pressão do vapor saturado torna-se igual à pressão atmosférica. Por exemplo, a um ponto de ebulição de 100°C, a pressão de vapor saturado da água é 101.325 Pa (760 mm Hg), e a pressão do vapor de mercúrio é de apenas 117 Pa (0,88 mm Hg). Mercúrio ferve a uma temperatura de 357°C à pressão normal.
Um líquido entra em ebulição quando sua pressão de vapor saturado se torna igual à pressão dentro do líquido.

???
1. Por que o ponto de ebulição aumenta com o aumento da pressão?
2. Por que é importante que a fervura aumente a pressão do vapor saturado nas bolhas e não aumente a pressão do ar nelas?
3. Como fazer um líquido ferver enquanto esfria a vasilha? (Esta questão não é fácil.)

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Física 10ª série

Se você tiver correções ou sugestões para esta lição,

Sem dúvida, a física é uma das ciências mais interessantes. Mesmo os experimentos mais inúteis podem ser bastante emocionantes ao mesmo tempo. Por exemplo, a ebulição de um líquido quando ele é resfriado de um lado parece incrível. Afinal, para líquido Depois de ferver, precisa ser aquecido, mas não resfriado, como pensávamos. Mas tudo é possível. Para tal experiência você não precisa de nenhum especial líquido, água comum serve, você só precisa criar condições especiais.

Você vai precisar

• Frasco, água, queimador de gás, tripé.

Instruções

Despeje água da torneira comum no frasco e encha-o até cerca da metade. Depois disso, coloque o frasco no queimador de gás e aqueça a água até ferver.

Quando a água do frasco ferver, desligue o fogo e espere até que a fervura pare. Feche bem o frasco com uma rolha de borracha e fixe-o no suporte do tripé, virando-o de cabeça para baixo.

Em seguida, comece a despejar água fria no fundo do frasco. O melhor para esfriar navio, mais vívida será a experiência. As bolhas subirão à superfície da água e a água no frasco ferverá à medida que esfria. Isto pode ser explicado pelo fato de que o vapor d'água localizado no interior navio e ao esfriar começam a condensar nas paredes do frasco. Por causa disso, a pressão do vapor d'água dentro do frasco começa a diminuir. A pressão reduzida, a água começa a ferver não a cem graus Celsius, mas a uma temperatura mais baixa. Como a água ainda não esfriou completamente e a pressão é navio e caiu, razão pela qual a ebulição ocorre durante o resfriamento.

observação

É melhor usar um frasco de vidro resistente ao calor para este experimento. Ao resfriar um recipiente quente com água fria, o vidro comum pode rachar devido a uma mudança brusca de temperatura e o experimento não será realizado.

Dado que todo trabalho deve ter significado, o interesse das crianças pode ser estimulado pela avaliação. Se o problema foi atribuído em casa, então para cinco soluções diferentes para o problema - uma pontuação de “5”, para cada duas soluções adicionais – outra pontuação de “5”. Se a tarefa fosse dada em sala de aula, os alunos mais ativos eram avaliados.

– Cubra o recipiente com uma tampa 2 . Aumentando assim a pressão e, portanto, o ponto de ebulição da água nele contida.

– Salgue a água da vasilha 2 – o ponto de ebulição também aumentará.

– Ferva água em uma vasilha 2 várias vezes, deixando esfriar entre fervuras. Desta forma, retiraremos as impurezas da água (irão precipitar), e portanto os centros de vaporização, e portanto, aumentaremos o ponto de ebulição da água.

– Coloque no fundo do recipiente 2 gerador ultrassônico.

– Coloque uma barra de cobre na água de forma que ela fique apoiada no fundo de ambos os recipientes. Neste caso, obtemos um condutor de calor.

– Espere até que a água esteja no recipiente 2 vai ferver.

– Despeje em um recipiente 2 líquido que ferve a temperaturas superiores a 100 °C.

– Aqueça o ímã. Assim, orientamos mal os domínios do ímã.

- Aqueça a unha. Assim, desorientaremos os domínios em
unha.

– Utilize uma alavanca de madeira ou metal não magnético.

– Enrole o fio em volta do prego e passe a corrente. Transformando assim o prego em um ímã com a mesma polaridade das pontas da ferradura.

- Puxe o prego com força.

– Coloque a barra de ferro acima do prego. Assim, iremos “curto-circuitar” as linhas de indução magnética e enfraquecer o campo magnético nas extremidades do ímã.

– Toque no ímã. A deformação levará à interrupção da orientação ordenada dos domínios no ímã.

– Bombeie ar para dentro do frasco. Como você sabe, um arco é fácil de quebrar se você pressionar por dentro.

– Coloque todo o sistema sob a campânula, tampando o tubo, e bombeie o ar da campânula. Assim, criaremos um excesso de pressão no frasco, e ele irá estourar, como no caso anterior.

– Despeje água no frasco e congele. O frasco estourará porque A água se expande quando resfriada.

– Aqueça o frasco de forma desigual. Resfrie metade do frasco e aqueça a outra metade. A lâmpada irá rachar devido à diferença na expansão térmica.

– Direcione uma onda sonora para o frasco. O som fará com que as paredes do frasco vibrem e, na ressonância, o frasco explodirá.

– Coloque mais alguns tijolos por cima.

- Bata no tijolo.

– Espere até que a água evapore.

– Aqueça a caneca para acelerar a evaporação.

– Mergulhe uma colher em uma caneca e congele. Em seguida, retire a colher junto com o gelo.

Observação. Imediatamente após o congelamento, é impossível pegar uma colher, então as bordas da caneca precisarão ser aquecidas um pouco.

- Coloque uma esponja no copo.

– Coloque um canudo de coquetel na caneca e retire a água.

– Coloque a extremidade de um longo tubo de borracha na caneca, abaixe a outra extremidade abaixo do nível da superfície do líquido e aspire o ar do tubo - a água escorrerá.

– Coloque um tubo na caneca, cuja outra extremidade é colocada em um recipiente com baixa pressão. A pressão atmosférica forçará a água para outro recipiente.

– Mova os óculos um em relação ao outro, girando um em relação ao outro.

- Espere um pouco. O sistema não está completamente vedado e o ar ainda penetra pela junta.

– Aumente a temperatura dos copos, por exemplo, despeje água fervente sobre eles. A pressão do gás nos copos aumentará.

– Coloque o sistema sob a campainha e evacue o ar. A pressão dentro dos óculos será maior do que fora.

• Como dividir um cubo de gelo em duas partes iguais?

- Serrar.

– Triture em migalhas e divida.

– Corte com faca quente.

- Aqueça metade.

– Derreta o cubo, divida a água ao meio, congele as metades resultantes.

- Coloque um suporte.

– Pregue as pernas no chão.

– Selecione experimentalmente o ângulo de inclinação para que o equilíbrio seja estabelecido. Apare as pernas da cadeira neste ângulo para aumentar a área de apoio.

– Corte reentrâncias no chão em ângulo e insira as pernas da cadeira nelas.

- Cole a cadeira.

• Como fazer um tapete matemático balançar em apenas um plano?

– Girar a carga em torno do seu eixo. Como resultado, obteremos um giroscópio e, como se sabe, o plano de rotação do giroscópio não muda sua posição no espaço.

– Faça um peso de ferro balançar em um campo magnético.

– Construir uma estrutura guia (duas placas).

– Faça um balanço de peso metálico em um campo elétrico estático (por exemplo, entre duas bolas carregadas).

– Ajuste fino na inicialização.

• Como resfriar água engarrafada?

– Coloque a garrafa na geladeira.

- Coloque (coloque) sob gelo.

– Enrole a garrafa em um pano úmido e coloque-a no fluxo de ar. À medida que a água evapora da superfície do pano, este esfria, retirando calor da garrafa d'água.

– Enrole a garrafa em um pano úmido, coloque-a sob a campainha e bombeie o ar. Assim diminuiremos a pressão, acelerando assim a evaporação.

– Coloque a garrafa em um recipiente com água mais fria, como gelo.

– Quimicamente fresco.

• Como conectar duas placas metálicas?

– Utilize parafuso e porca.

– Use rebites.

- Cole tudo.

- Solda.

- Ferver. (Nem todos os metais podem ser soldados. – Ed.)

– Use soldagem elétrica por pontos.

– Limpe e lixe ambas as superfícies a unir e pressione-as bem. (É assim que a soldagem a frio é feita no espaço. – Ed.)

• Como aquecer uma bola de metal?

- Leve ao forno.

- Bater.

- Esfregue por muito tempo.

– Deformar.

– Passar corrente elétrica.

• Como acelerar a secagem de um pano úmido?

– Pendure em uma corda em um ambiente seco e quente.

- Expanda-o tanto quanto possível.

– Coloque em uma corrente de ar seco.

– Coloque entre panos secos (jornais) e troque-os periodicamente.

– Polvilhe um pano com areia seca (serragem), sacuda periodicamente e polvilhe novamente com uma nova porção de areia. A areia absorve a umidade.

– Coloque-o perto de uma fonte poderosa de radiação eletromagnética de alta frequência. Como resultado da ação das correntes de Foucault, o líquido irá aquecer.

• Como remover o excesso de pedra?

– Descasque com cinzel e martelo.

- Apagar.

– Aqueça a pedra e deixe esfriar bem. Como resultado de uma mudança brusca de temperatura devido à expansão térmica, a pedra irá rachar.

– Esfrie e aqueça rapidamente.

- Serrar.

- Derretido.

• Como encher um balde mais rápido na chuva?

– Coloque um balde embaixo do ralo próximo ao telhado da casa. Lá, a água é coletada de uma grande superfície do telhado.

– Coloque o funil sobre o balde.

– Coloque um pedaço de tecido em um balde com uma das pontas e pendure a outra. A água fluirá do tecido para o balde (a área de coleta de água aumentará).

– Coloque o balde em um ângulo de 45° em relação à direção de queda das gotas. (Será pior. – Vermelho.)

– Coloque várias cargas com o mesmo nome no centro do balde. Como resultado, a trajetória das gotas mudará.

• Como aumentar o nível da água no cotovelo de um tubo em forma de U em relação ao outro?

– Bombeie o ar de um cotovelo e feche este cotovelo com um tampão.

– Encha ar em um cotovelo e feche-o com um tampão.

– Despeje um líquido mais leve (por exemplo querosene) em um cotovelo.

– Coloque uma divisória (pistão) entre os joelhos e mova-a, por exemplo, sobre um fio.

– Use o fenômeno da osmose.

• Como fazer um carro descendo uma lomba percorrer uma distância maior por inércia?

- Empurrar.

- Carregue o carro.

– Lubrifique os trilhos com óleo, reduzindo assim o coeficiente de atrito.

– Resfrie os trilhos. Sempre há vapor d'água na atmosfera, aparecerá condensação nos trilhos resfriados, o que reduzirá o atrito.

• Como garantir a presença de moléculas de água a uma altura de 1 cm acima da superfície da água em uma embarcação?

– Coloque o pavio na água. As moléculas de água subirão pelos capilares.

– Jogue gelo na água: ele flutua na água, portanto, você pode pegar um pedaço que vai subir 1 cm acima da superfície, e gelo também é água.

- Abaixe a esponja. A água, como no caso do pavio, subirá.

- Aqueça a água.

- Nada para fazer. A água evapora a qualquer temperatura, portanto, acima da superfície, em qualquer ou quase qualquer altura, existe pelo menos uma molécula de H 2 O.

• Como iluminar um espaço pequeno?

– Acenda um fósforo (vela, tocha).

- Acenda com uma lanterna.

– Acenda a descarga elétrica.

– Excitar luminescência.

– Excitar o brilho de Cherenkov (brilho da água quando as partículas passam por ela a uma velocidade superior à velocidade da luz na água).

• Como acelerar a fervura do líquido em uma chaleira?

– Aumente a potência do aquecedor.

– Deite na chaleira não água, mas sim um líquido que ferva mais facilmente (por exemplo, acetona).

– Isole a chaleira, por exemplo, envolvendo-a num pano grosso e numa manta de algodão.

– Coloque a chaleira numa zona de baixa pressão.

– Bata constantemente na chaleira, mexendo assim a água.

• Como parar o movimento de um relógio de mola sem danificar sua carcaça externa?

– Não toque no relógio por muito tempo - ele irá parar sozinho.

- Agite com força, solte, bata.

– Mergulhe em líquido e congele.

– Coloque em nitrogênio líquido.

– Coloque em um campo magnético alternado.

- Aquecê-lo.

• Como aumentar o deslizamento das botas no gelo?

Opções de resposta

– Apagar completamente a banda de rodagem da sola.

– Deixe o gelo uniforme e macio.

– Molhe a superfície do gelo.

– Despeje o óleo sobre o gelo.

– Prenda os corredores nas botas (para fazer patins).

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Aluno do 4º ano da Vyat GSU, ele ministrou este material em 2005 durante aulas e atividades extracurriculares, enquanto praticava ensino na escola nº 5 (Slobodskoy, região de Kirov, chefe - Professor Homenageado da Federação Russa Victor Ivanovich Elkin[e-mail protegido]). Os alunos gostaram muito dos problemas e os resolveram com prazer.

Sem dúvida, a física é uma das ciências mais interessantes. Mesmo os experimentos mais inúteis podem ser bastante emocionantes ao mesmo tempo. Por exemplo, a ebulição de um líquido quando ele é resfriado de um lado parece incrível. Afinal, para líquido Depois de ferver, precisa ser aquecido, mas não resfriado, como pensávamos. Mas tudo é possível. Para tal experiência você não precisa de nenhum especial líquido, água comum serve, você só precisa criar condições especiais.

Você vai precisar

• Frasco, água, queimador de gás, tripé.

Instruções

Despeje água da torneira comum no frasco e encha-o até cerca da metade. Depois disso, coloque o frasco no queimador de gás e aqueça a água até ferver.

Quando a água do frasco ferver, desligue o fogo e espere até que a fervura pare. Feche bem o frasco com uma rolha de borracha e fixe-o no suporte do tripé, virando-o de cabeça para baixo.

Em seguida, comece a despejar água fria no fundo do frasco. O melhor para esfriar navio, mais vívida será a experiência. As bolhas subirão à superfície da água e a água no frasco ferverá à medida que esfria. Isto pode ser explicado pelo fato de que o vapor d'água localizado no interior navio e ao esfriar começam a condensar nas paredes do frasco. Por causa disso, a pressão do vapor d'água dentro do frasco começa a diminuir. A pressão reduzida, a água começa a ferver não a cem graus Celsius, mas a uma temperatura mais baixa. Como a água ainda não esfriou completamente e a pressão é navio e caiu, razão pela qual a ebulição ocorre durante o resfriamento.

observação

É melhor usar um frasco de vidro resistente ao calor para este experimento. Ao resfriar um recipiente quente com água fria, o vidro comum pode rachar devido a uma mudança brusca de temperatura e o experimento não será realizado.

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