In dieser Lektion werden wir uns mit einer Art Verdampfung wie dem Sieden befassen, ihre Unterschiede zum zuvor betrachteten Verdampfungsprozess erörtern, einen Wert wie den Siedepunkt einführen und erörtern, wovon er abhängt. Am Ende der Lektion führen wir eine sehr wichtige Größe ein, die den Verdampfungsprozess beschreibt - die spezifische Verdampfungs- und Kondensationswärme.

Thema: Aggregatzustände der Materie

Lektion: Kochen. Spezifische Verdampfungs- und Kondensationswärme

In der letzten Lektion haben wir bereits eine der Verdampfungsarten - Verdampfung - betrachtet und die Eigenschaften dieses Prozesses hervorgehoben. Heute werden wir eine solche Art der Verdampfung wie den Siedeprozess diskutieren und einen Wert einführen, der den Verdampfungsprozess numerisch charakterisiert - die spezifische Verdampfungs- und Kondensationswärme.

Definition.Sieden(Abb. 1) ist der Prozess eines intensiven Übergangs einer Flüssigkeit in einen gasförmigen Zustand, der von der Bildung von Dampfblasen begleitet wird und bei einer bestimmten Temperatur, die als Siedepunkt bezeichnet wird, im gesamten Volumen der Flüssigkeit auftritt.

Vergleichen wir zwei Arten der Verdampfung miteinander. Der Kochvorgang ist intensiver als der Verdampfungsprozess. Darüber hinaus findet, wie wir uns erinnern, der Verdampfungsprozess bei jeder Temperatur über dem Schmelzpunkt und der Siedeprozess - streng bei einer bestimmten Temperatur statt, die für jede der Substanzen unterschiedlich ist und als Siedepunkt bezeichnet wird. Es ist auch zu beachten, dass die Verdampfung nur von der freien Oberfläche der Flüssigkeit erfolgt, dh von dem Bereich, der sie von den umgebenden Gasen abgrenzt, und das Sieden sofort vom gesamten Volumen aus erfolgt.

Betrachten wir den Ablauf des Kochvorgangs genauer. Stellen wir uns eine Situation vor, auf die viele von uns wiederholt gestoßen sind - das Erhitzen und Kochen von Wasser in einem bestimmten Gefäß, beispielsweise in einem Topf. Während des Erhitzens wird eine bestimmte Menge Wärme auf Wasser übertragen, was zu einer Erhöhung seiner inneren Energie und einer Erhöhung der Aktivität der molekularen Bewegung führt. Dieser Prozess wird bis zu einem bestimmten Stadium fortschreiten, bis die Energie der molekularen Bewegung ausreicht, um zu kochen.

Im Wasser sind gelöste Gase (oder andere Verunreinigungen) vorhanden, die in seiner Struktur freigesetzt werden, was zur sogenannten Entstehung von Verdampfungszentren führt. Das heißt, in diesen Zentren wird Dampf freigesetzt und es bilden sich im gesamten Wasservolumen Blasen, die beim Kochen beobachtet werden. Es ist wichtig zu verstehen, dass diese Blasen keine Luft sind, sondern Dampf, der während des Siedevorgangs entsteht. Nach der Bildung von Blasen nimmt die Dampfmenge in ihnen zu und sie beginnen an Größe zuzunehmen. Häufig bilden sich zunächst Blasen in der Nähe der Behälterwände und steigen nicht sofort an die Oberfläche; Zuerst geraten sie mit zunehmender Größe unter den Einfluss der wachsenden Kraft von Archimedes und lösen sich dann von der Wand und steigen an die Oberfläche, wo sie platzen und einen Teil des Dampfes freisetzen.

Zu beachten ist, dass nicht alle Dampfblasen auf einmal die freie Wasseroberfläche erreichen. Zu Beginn des Siedevorgangs ist das Wasser noch lange nicht gleichmäßig erhitzt, und die unteren Schichten, in deren Nähe der Wärmeübertragungsprozess stattfindet, sind sogar unter Berücksichtigung des Konvektionsprozesses noch heißer als die oberen. Dies führt dazu, dass die von unten aufsteigenden Dampfblasen aufgrund des Phänomens der Oberflächenspannung zusammenbrechen und die freie Wasseroberfläche noch nicht erreichen. Gleichzeitig gelangt der Dampf, der sich in den Blasen befand, in das Wasser, erwärmt es dadurch zusätzlich und beschleunigt den Prozess der gleichmäßigen Erwärmung des Wassers im gesamten Volumen. Dadurch beginnen bei nahezu gleichmäßiger Erwärmung des Wassers fast alle Dampfblasen die Wasseroberfläche zu erreichen und der Prozess der intensiven Verdampfung beginnt.

Es ist wichtig hervorzuheben, dass die Temperatur, bei der der Siedevorgang stattfindet, auch dann unverändert bleibt, wenn die Intensität der Wärmezufuhr zur Flüssigkeit erhöht wird. Wenn Sie während des Kochvorgangs Gas in den Brenner geben, das den Topf mit Wasser erhitzt, erhöht dies, vereinfacht gesagt, nur die Intensität des Siedens und nicht die Temperatur der Flüssigkeit. Wenn wir uns ernsthafter mit dem Siedeprozess befassen, ist anzumerken, dass es Bereiche im Wasser gibt, in denen es über den Siedepunkt überhitzt werden kann, aber das Ausmaß einer solchen Überhitzung überschreitet in der Regel nicht ein oder ein paar Grad und ist im Gesamtvolumen der Flüssigkeit unbedeutend. Der Siedepunkt von Wasser bei Normaldruck liegt bei 100°C.

Beim Kochen von Wasser können Sie feststellen, dass es von charakteristischen Geräuschen des sogenannten Kochens begleitet wird. Diese Geräusche entstehen nur durch den beschriebenen Vorgang des Zusammenfallens von Dampfblasen.

Die Siedevorgänge anderer Flüssigkeiten laufen genauso ab wie das Sieden von Wasser. Der Hauptunterschied bei diesen Verfahren sind die unterschiedlichen Siedepunkte der Stoffe, die bei normalem Atmosphärendruck bereits gemessene Tabellenwerte sind. Lassen Sie uns die Hauptwerte dieser Temperaturen in der Tabelle angeben.

Eine interessante Tatsache ist, dass der Siedepunkt von Flüssigkeiten vom Wert des Atmosphärendrucks abhängt, weshalb wir darauf hingewiesen haben, dass alle Werte in der Tabelle bei normalem Atmosphärendruck angegeben sind. Wenn der Luftdruck steigt, steigt auch der Siedepunkt der Flüssigkeit, und wenn er sinkt, sinkt er dagegen.

Diese Abhängigkeit des Siedepunktes vom Umgebungsdruck ist die Grundlage für das Funktionsprinzip eines so bekannten Küchengerätes wie eines Schnellkochtopfes (Abb. 2). Es ist eine Pfanne mit einem dicht schließenden Deckel, unter dem bei der Wasserverdampfung der Luftdruck mit Dampf bis zu 2 Atmosphärendruck erreicht, was zu einer Erhöhung des Siedepunkts des darin enthaltenen Wassers führt . Dadurch hat das Wasser mit den darin enthaltenen Speisen die Möglichkeit, sich auf eine höhere Temperatur als üblich zu erwärmen (), und der Garvorgang wird beschleunigt. Aufgrund dieses Effekts erhielt das Gerät seinen Namen.

Reis. 2. Schnellkochtopf ()

Die Situation mit Absinken des Siedepunktes einer Flüssigkeit bei Absinken des atmosphärischen Druckes ist ebenfalls ein Beispiel aus dem Leben, aber für viele Menschen nicht mehr alltäglich. Dieses Beispiel gilt für die Reise von Bergsteigern im Hochland. Es stellt sich heraus, dass in einem Gebiet in einer Höhe von 3000 bis 5000 m der Siedepunkt von Wasser aufgrund eines Absinkens des atmosphärischen Drucks auf noch niedrigere Werte abfällt, was zu Schwierigkeiten beim Kochen auf Wanderungen führt, weil für eine effektive Thermik Die Verarbeitung von Lebensmitteln in diesem Fall erfordert viel mehr Zeit als unter normalen Bedingungen. In Höhen von etwa 7000 m erreicht der Siedepunkt des Wassers , was das Kochen vieler Produkte unter solchen Bedingungen unmöglich macht.

Einige Technologien zur Stofftrennung beruhen darauf, dass die Siedepunkte verschiedener Stoffe unterschiedlich sind. Wenn wir zum Beispiel das Erhitzen von Öl betrachten, das eine komplexe Flüssigkeit ist, die aus vielen Komponenten besteht, dann kann es beim Kochen in mehrere verschiedene Substanzen aufgeteilt werden. Da die Siedepunkte von Kerosin, Benzin, Naphtha und Heizöl unterschiedlich sind, können sie in diesem Fall durch Verdampfung und Kondensation bei unterschiedlichen Temperaturen voneinander getrennt werden. Dieser Vorgang wird üblicherweise als Fraktionierung bezeichnet (Abb. 3).

Reis. 3 Trennung von Öl in Fraktionen ()

Wie jeder physikalische Prozess muss das Sieden durch einen numerischen Wert charakterisiert werden, ein solcher Wert wird als spezifische Verdampfungswärme bezeichnet.

Um die physikalische Bedeutung dieser Größe zu verstehen, betrachten Sie folgendes Beispiel: Nehmen Sie 1 kg Wasser und bringen Sie es zum Sieden, dann messen Sie, wie viel Wärme benötigt wird, um dieses Wasser vollständig zu verdampfen (ohne Wärmeverluste) - dieser Wert wird gleich der spezifischen Verdampfungswärme von Wasser sein. Für eine andere Substanz ist dieser Wärmewert anders und die spezifische Verdampfungswärme dieser Substanz.

Die spezifische Verdampfungswärme erweist sich als ein sehr wichtiges Merkmal in modernen Technologien zur Herstellung von Metallen. Es stellt sich heraus, dass beispielsweise beim Schmelzen und Verdampfen von Eisen, gefolgt von seiner Kondensation und Erstarrung, ein Kristallgitter mit einer Struktur gebildet wird, die eine höhere Festigkeit als die ursprüngliche Probe bietet.

Bezeichnung: spezifische Verdampfungs- und Kondensationswärme (manchmal auch als ).

Maßeinheit: .

Die spezifische Verdampfungswärme von Substanzen wird durch Experimente unter Laborbedingungen bestimmt und ihre Werte für die Hauptsubstanzen sind in der entsprechenden Tabelle aufgeführt.

Substanz

Kochen ist eine intensive Verdampfung, die auftritt, wenn eine Flüssigkeit nicht nur von der Oberfläche, sondern auch in ihr erhitzt wird.

Sieden tritt unter Wärmeaufnahme auf.
Der größte Teil der zugeführten Wärme wird zum Aufbrechen der Bindungen zwischen den Partikeln der Substanz aufgewendet, der Rest - für die Arbeit, die während der Expansion des Dampfes geleistet wird.
Infolgedessen wird die Wechselwirkungsenergie zwischen Dampfpartikeln größer als zwischen Flüssigkeitspartikeln, sodass die innere Energie des Dampfes größer ist als die innere Energie der Flüssigkeit bei derselben Temperatur.
Die Wärmemenge, die erforderlich ist, um Flüssigkeit während des Siedevorgangs in Dampf umzuwandeln, kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

wobei m die Masse der Flüssigkeit (kg) ist,
L ist die spezifische Verdampfungswärme.

Die spezifische Verdampfungswärme gibt an, wie viel Wärme benötigt wird, um 1 kg eines bestimmten Stoffes am Siedepunkt in Dampf zu verwandeln. Die Einheit der spezifischen Verdampfungswärme im SI-System:
[L] = 1 J/kg
Mit steigendem Druck steigt der Siedepunkt der Flüssigkeit und die spezifische Verdampfungswärme sinkt und umgekehrt.

Während des Kochens ändert sich die Temperatur der Flüssigkeit nicht.
Der Siedepunkt hängt vom Druck ab, der auf die Flüssigkeit ausgeübt wird.
Jeder Stoff hat bei gleichem Druck seinen eigenen Siedepunkt.
Bei einer Erhöhung des Atmosphärendrucks beginnt das Sieden bei einer höheren Temperatur, bei einer Druckabnahme - umgekehrt.
Beispielsweise siedet Wasser bei 100°C nur bei normalem atmosphärischem Druck.

WAS PASSIERT BEIM KOCHEN IN DER FLÜSSIGKEIT?

Sieden ist der Übergang einer Flüssigkeit in Dampf mit der kontinuierlichen Bildung und dem Wachstum von Dampfblasen in der Flüssigkeit, in denen die Flüssigkeit verdampft. Zu Beginn des Aufheizens ist das Wasser mit Luft gesättigt und hat Raumtemperatur. Beim Erhitzen von Wasser wird das darin gelöste Gas am Boden und an den Wänden des Gefäßes freigesetzt und bildet Luftblasen. Sie beginnen lange vor dem Kochen zu erscheinen. In diese Blasen verdunstet Wasser. Eine mit Dampf gefüllte Blase beginnt sich bei einer ausreichend hohen Temperatur aufzublasen.

Ab einer bestimmten Größe bricht es vom Boden ab, steigt an die Wasseroberfläche und platzt. In diesem Fall verlässt der Dampf die Flüssigkeit. Wird das Wasser nicht ausreichend erhitzt, kollabiert die in die kalten Schichten aufsteigende Dampfblase. Die daraus resultierenden Wasserschwankungen führen dazu, dass im gesamten Wasservolumen eine Vielzahl kleiner Luftblasen entstehen: der sogenannte „weiße Schlüssel“.

Auf eine Luftblase am Gefäßboden wirkt eine Auftriebskraft:
Fpod \u003d Farchimede - Fgravity
Die Blase wird nach unten gedrückt, da auf die Unterseite keine Druckkräfte wirken. Beim Erhitzen dehnt sich die Blase aufgrund der Freisetzung von Gas aus und bricht vom Boden ab, wenn die Hebekraft etwas größer als die Druckkraft ist. Die Größe einer Blase, die sich vom Boden lösen kann, hängt von ihrer Form ab. Die Form der Blasen am Boden wird durch die Benetzbarkeit des Gefäßbodens bestimmt.

Benetzungsinhomogenität und Verschmelzung der Blasen am Boden führten zu einer Vergrößerung ihrer Größe. Wenn die Blase groß ist, werden beim Aufsteigen hinter ihr Hohlräume, Risse und Wirbel gebildet.

Wenn die Blase platzt, strömt die gesamte Flüssigkeit, die sie umgibt, nach innen, und es entsteht eine ringförmige Welle. Beim Schließen wirft sie eine Wassersäule hoch.

Wenn Blasen in einer Flüssigkeit platzen, breiten sich Stoßwellen mit Ultraschallfrequenzen aus, begleitet von hörbaren Geräuschen. Die Anfangsstadien des Kochens sind durch die lautesten und höchsten Töne gekennzeichnet (in der Phase der „weißen Taste“ „singt“ der Kessel).

(Quelle: virlib.eunnet.net)

TEMPERATURGRAFIK VON ÄNDERUNGEN IN DEN GESAMTSTAATEN DES WASSERS

SIEH DIR DAS BÜCHERREGAL AN!

INTERESSANT

Warum ist im Deckel der Teekanne ein Loch?
Um Dampf abzulassen. Ohne ein Loch im Deckel kann Dampf Wasser über den Ausguss des Wasserkochers schwappen.
___

Die Dauer des Kochens von Kartoffeln ab dem Moment des Kochens hängt nicht von der Leistung der Heizung ab. Die Dauer wird durch die Verweilzeit des Produktes am Siedepunkt bestimmt.
Die Leistung der Heizung beeinflusst nicht den Siedepunkt, sondern nur die Geschwindigkeit der Wasserverdampfung.

Durch Kochen kann Wasser gefrieren. Dazu müssen Luft und Wasserdampf aus dem Gefäß, in dem sich das Wasser befindet, abgepumpt werden, damit das Wasser ständig kocht.

"Töpfe kochen leicht über den Rand - bei schlechtem Wetter!"
Der mit schlechter werdendem Wetter einhergehende Luftdruckabfall ist der Grund dafür, dass die Milch schneller „wegläuft“.
___

Sehr heißes kochendes Wasser kann am Boden tiefer Minen gewonnen werden, wo der Luftdruck viel größer ist als auf der Erdoberfläche. In einer Tiefe von 300 m siedet Wasser also bei 101 °C. Bei einem Luftdruck von 14 Atmosphären siedet Wasser bei 200 °C.
Unter der Glocke der Luftpumpe können Sie bei 20 ͦ C "kochendes Wasser" bekommen.
Auf dem Mars würden wir „kochendes Wasser“ bei 45 C trinken.
Salzwasser siedet über 100 ͦ C. ___

In Bergregionen in beträchtlicher Höhe, bei reduziertem atmosphärischem Druck, siedet Wasser bei Temperaturen unter 100 ͦ Celsius.

Das Warten auf die Zubereitung einer solchen Mahlzeit dauert länger.

Gießen Sie es kalt ... und es wird kochen!

Normalerweise kocht Wasser bei 100 Grad Celsius. Erhitze das Wasser im Kolben auf dem Brenner zum Kochen. Lassen Sie uns den Brenner ausschalten. Das Wasser hört auf zu kochen. Wir verschließen die Flasche mit einem Stopfen und fangen an, vorsichtig kaltes Wasser auf den Stopfen zu gießen. Was ist es? Das Wasser kocht wieder!

..............................

Unter einem kalten Wasserstrahl beginnt das Wasser im Kolben und damit der Wasserdampf abzukühlen.
Das Dampfvolumen nimmt ab und der Druck über der Wasseroberfläche ändert sich...
Was meint ihr, in welche Richtung?
... Der Siedepunkt von Wasser bei reduziertem Druck beträgt weniger als 100 Grad, und das Wasser im Kolben kocht wieder!
____

Beim Kochen beträgt der Druck im Topf - "Schnellkochtopf" - etwa 200 kPa, und die Suppe in einem solchen Topf kocht viel schneller.

Sie können bis etwa zur Hälfte Wasser in die Spritze aufziehen, mit dem gleichen Korken verschließen und kräftig am Kolben ziehen. Viele Blasen erscheinen im Wasser, was darauf hinweist, dass der Prozess des Kochens von Wasser begonnen hat (und das bei Raumtemperatur!).
___

Wenn ein Stoff in einen gasförmigen Zustand übergeht, nimmt seine Dichte um etwa das 1000-fache ab.
___

Die ersten elektrischen Wasserkocher hatten Heizungen unter dem Boden. Das Wasser kam nicht mit der Heizung in Berührung und kochte sehr lange. 1923 machte Arthur Large eine Entdeckung: Er platzierte einen Heizer in einem speziellen Kupferrohr und platzierte es im Inneren des Wasserkochers. Das Wasser kochte schnell.

In den USA wurden selbstkühlende Dosen für Erfrischungsgetränke entwickelt. Im Gefäß ist ein Fach mit einer niedrigsiedenden Flüssigkeit angebracht. Wenn Sie die Kapsel an einem heißen Tag zerdrücken, beginnt die Flüssigkeit schnell zu kochen, wodurch dem Inhalt des Glases Wärme entzogen wird, und in 90 Sekunden sinkt die Temperatur des Getränks um 20-25 Grad Celsius.

WIESO DEN?

Glauben Sie, dass es möglich ist, ein Ei hart zu kochen, wenn das Wasser bei einer Temperatur von weniger als 100 Grad Celsius kocht?
____

Wird Wasser in einem Topf kochen, der in einem anderen Topf mit kochendem Wasser schwimmt?
Wieso den? ___

Kann man Wasser zum Kochen bringen, ohne es zu erhitzen?

866. Die Temperatur des Wassers in einem offenen Gefäß in einem Zimmer ist immer etwas niedriger als die Temperatur der Luft im Zimmer. Wieso den?
Denn von der Wasseroberfläche kommt es zu Verdunstung, die mit einem Energieverlust und folglich einem Temperaturabfall einhergeht.

867. Warum sinkt die Temperatur einer Flüssigkeit während der Verdampfung?
Beim Verdampfen nimmt die innere Energie der Flüssigkeit ab, was zu einer Temperaturabnahme führt.

868. In Moskau beträgt die Schwankung des Siedepunkts von Wasser 2,5° (von 98,5°C bis 101°C). Wie ist ein solcher Unterschied zu erklären?
Ungleichmäßige Entlastung. Mit zunehmender Höhe siedet Wasser bei Temperaturen unter 100°C. Und wenn der Siedepunkt über 100 °C liegt, bedeutet das, dass er unter dem Meeresspiegel liegt.

869. Ist der Energieerhaltungssatz beim Verdampfen erfüllt? beim Kochen?
Aufgeführt. Wie viel Energie zum Heizen aufgewendet wurde, wird die gleiche Energiemenge in Form von Dampf freigesetzt.

870. Wenn Sie Ihre Hand mit Äther benetzen, werden Sie sich kalt fühlen. Wieso den?
Äther verdunstet und entzieht den Händen und der Luft Energie.

871. Warum kühlt die Suppe schneller ab, wenn man darauf bläst?
Wenn Sie den aus der Suppe kommenden Dampf aufblasen, beschleunigt sich die Wärmeübertragung und die Suppe gibt ihre Energie schnell an die Umgebung ab.

872. Unterscheidet sich die Temperatur des Wassers in einem Kochtopf von der Dampftemperatur des kochenden Wassers?
Nein.

873. Warum hört kochendes Wasser auf zu kochen, sobald es vom Feuer genommen wird?
Denn um am Kochen zu bleiben, muss Wasser ständig Wärmeenergie erhalten.

874. Die spezifische Kondensationswärme von Alkohol beträgt 900 kJ/kg. Was bedeutet das?
Damit Alkohol in einen flüssigen Zustand übergeht, müssen seinem Dampf 900 kJ Energie entzogen werden.

875. Vergleiche die innere Energie von 1 kg Wasserdampf bei 100 °C und 1 kg Wasser bei 100 °C. Das mehr? Wie viel? Wieso den?
Die Dampfenergie beträgt 2,3 MJ/kg mehr, was der Energiemenge entspricht, die für die Dampferzeugung benötigt wird.

876. Wie viel Wärme ist erforderlich, um 1 kg Wasser beim Sieden zu verdampfen? 1 kg Äther?

877. Welche Wärmemenge ist erforderlich, um 0,15 kg Wasser bei 100 °C in Dampf zu verwandeln?

878. Was erfordert mehr Wärme und um wie viel: Erhitzen von 1 kg Wasser von 0 °C auf 100 °C oder Verdampfen von 1 kg Wasser bei einer Temperatur von 100 °C?

879. Welche Wärmemenge ist erforderlich, um 0,2 kg Wasser bei einer Temperatur von 100 °C in Dampf umzuwandeln?

880. Welche Energiemenge wird freigesetzt, wenn Wasser mit einem Gewicht von 4 kg von 100 °C auf 0 °C gekühlt wird?

881. Wie viel Energie wird benötigt, um 5 Liter Wasser bei 0 °C zum Kochen zu bringen und dann alles zu verdampfen?

882. Welche Energiemenge wird von 1 kg Dampf bei 100 °C freigesetzt, wenn er in Wasser umgewandelt wird und das entstehende Wasser dann auf 0 °C abgekühlt wird?

883. Wie viel Wärme muss aufgewendet werden, um 7 kg schweres Wasser mit einer Temperatur von 0 °C zum Sieden zu bringen und dann vollständig zu verdampfen?

884. Wie viel Energie muss aufgewendet werden, um 1 kg Wasser mit einer Temperatur von 20 °C in Dampf mit einer Temperatur von 100 °C zu verwandeln?

885. Bestimmen Sie die Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 kg Wasser bei 0 °C in Dampf bei 100 °C umzuwandeln?

886. Wie viel Wärme wird bei der Kondensation von 100 g Wasserdampf mit einer Temperatur von 100 ° C freigesetzt und wenn das resultierende Wasser auf 20 ° C abgekühlt wird?

887. Die spezifische Verdampfungswärme von Wasser ist größer als die von Äther. Warum kühlt dann Äther, wenn er damit befeuchtet wird, in solchen Fällen mehr als Wasser?
Die Verdunstungsrate von Ether ist viel größer als die von Wasser. Daher gibt es schneller innere Energie ab und kühlt schneller ab, wodurch die Hand gekühlt wird.

888. In ein Gefäß mit 30 kg Wasser von 0 °C werden 1,85 kg Wasserdampf mit einer Temperatur von 100 °C eingeführt, wodurch die Temperatur des Wassers 37 °C erreicht. Finden Sie die spezifische Verdampfungswärme von Wasser.

889. Wie viel Wärme wird benötigt, um 1 kg Eis bei 0 °C in Dampf bei 100 °C zu verwandeln?

890. Wie viel Wärme ist notwendig, um 5 kg Eis bei -10 °C in Dampf bei 100 °C zu verwandeln und den Dampf dann bei Normaldruck auf 150 °C zu erhitzen? Die spezifische Wärmekapazität von Wasserdampf bei konstantem Druck beträgt 2,05 kJ/(kg °C).

891. Wie viel Kilogramm Kohle müssen verbrannt werden, um 100 kg Eis, das bei 0 °C entnommen wurde, in Dampf umzuwandeln? Der Wirkungsgrad des Ofens beträgt 70 %. Die spezifische Verbrennungswärme von Kohle beträgt 29,3 MJ/kg.

892. Um die spezifische Verdampfungswärme von Wasser zu bestimmen, nahm der englische Wissenschaftler Black eine bestimmte Menge Wasser bei 0 °C und erhitzte es zum Sieden. Dann erhitzte er das Wasser weiter, bis es vollständig verdunstet war. Gleichzeitig bemerkte Black, dass es 5,33-mal länger dauerte, das gesamte Wasser abzukochen, als dieselbe Wassermasse von 0 ° C auf 100 ° C zu erhitzen? Was ist nach Blacks Experimenten die spezifische Verdampfungswärme?

893. Wie viel Dampf mit einer Temperatur von 100 °C muss in Wasser umgewandelt werden, um einen 10 kg schweren Eisenheizkörper von 10 °C auf 90 °C zu erhitzen?

894. Wie viel Wärme ist erforderlich, um 2 kg Eis bei -10 °C in Dampf bei 100 °C umzuwandeln?

895. Ein Reagenzglas mit Äther wird in ein Glas mit auf 0 °C gekühltem Wasser getaucht. Indem Luft durch den Äther geblasen wird, verdunstet der Äther, wodurch sich auf dem Reagenzglas eine Eiskruste bildet. Bestimmen Sie, wie viel Eis beim Verdampfen von 125 g Ether erhalten wurde (spezifische Verdampfungswärme des Ethers kJ/kg).

896. Serpentin vollständig zu Eis gefroren. 2 kg Dampf strömen durch die Schlange, kühlen und kondensieren, und das Wasser verlässt die Schlange mit einer Temperatur von 0 °C. Wie viel Eis kann auf diese Weise geschmolzen werden?

897. 57,4 g Wasser werden bei 12 °C in das Kalorimeter gegossen. Wasserdampf wird bei 100°C in das Wasser eingeleitet. Nach einiger Zeit erhöhte sich die Wassermenge im Kalorimeter um 1,3 g und die Wassertemperatur stieg auf 24,8 °C. Um ein leeres Kalorimeter um 1°C zu erwärmen, benötigt man 18,27 J Wärme. Finden Sie die spezifische Verdampfungswärme von Wasser.

900. Auf einem Primus-Herd in einem Kupferkessel mit einem Gewicht von 0,2 kg wurde Wasser mit einem Gewicht von 1 kg bei einer Temperatur von 20 ° C gekocht. Während des Kochvorgangs verkochten 50 g Wasser.
Wie viel Benzin wird im Ofen verbrannt, wenn der Wirkungsgrad des Ofens 30 % beträgt?

Sieden ist, wie wir gesehen haben, auch Verdunstung, nur geht es mit der schnellen Bildung und dem Wachstum von Dampfblasen einher. Es ist offensichtlich, dass es beim Kochen notwendig ist, der Flüssigkeit eine gewisse Wärmemenge zuzuführen. Diese Wärmemenge geht in die Dampfbildung über. Außerdem benötigen unterschiedliche Flüssigkeiten derselben Masse unterschiedliche Wärmemengen, um sie am Siedepunkt in Dampf umzuwandeln.

Experimente haben gezeigt, dass die Verdampfung von 1 kg Wasser bei einer Temperatur von 100 °C 2,3 x 10 6 J Energie benötigt. Für die Verdampfung von 1 kg Ether bei einer Temperatur von 35 °C werden 0,4 10 6 J Energie benötigt.

Damit sich die Temperatur der verdampfenden Flüssigkeit nicht ändert, muss der Flüssigkeit daher eine gewisse Wärmemenge zugeführt werden.

Die physikalische Größe, die angibt, wie viel Wärme benötigt wird, um eine Flüssigkeit der Masse 1 kg bei unveränderter Temperatur in Dampf zu verwandeln, heißt spezifische Verdampfungswärme.

Die spezifische Verdampfungswärme wird mit dem Buchstaben L bezeichnet. Ihre Einheit ist 1 J / kg.

Experimente haben ergeben, dass die spezifische Verdampfungswärme von Wasser bei 100 °C 2,3 10 6 J/kg beträgt. Mit anderen Worten, es werden 2,3 x 10 6 J Energie benötigt, um 1 kg Wasser bei einer Temperatur von 100 °C in Dampf umzuwandeln. Daher ist am Siedepunkt die innere Energie eines Stoffes im Dampfzustand größer als die innere Energie der gleichen Stoffmasse im flüssigen Zustand.

Tabelle 6
Spezifische Verdampfungswärme bestimmter Stoffe (bei Siedepunkt und normalem Atmosphärendruck)

Bei Kontakt mit einem kalten Gegenstand kondensiert Wasserdampf (Abb. 25). Dabei wird die bei der Dampfbildung aufgenommene Energie freigesetzt. Genaue Experimente zeigen, dass Dampf beim Kondensieren die Energiemenge abgibt, die bei seiner Entstehung aufgewendet wurde.

Reis. 25. Dampfkondensation

Wenn also 1 kg Wasserdampf bei einer Temperatur von 100 °C in Wasser gleicher Temperatur umgewandelt wird, werden 2,3 x 10 6 J Energie freigesetzt. Wie aus einem Vergleich mit anderen Stoffen ersichtlich ist (Tabelle 6), ist diese Energie recht groß.

Die bei der Kondensation von Dampf frei werdende Energie kann genutzt werden. In großen Wärmekraftwerken erhitzt der Dampf, der in den Turbinen verwendet wird, Wasser.

Das so erwärmte Wasser wird zum Heizen von Gebäuden, in Bädern, Wäschereien und für andere Haushaltszwecke verwendet.

Um die Wärmemenge Q zu berechnen, die erforderlich ist, um eine Flüssigkeit beliebiger Masse am Siedepunkt in Dampf umzuwandeln, müssen Sie die spezifische Verdampfungswärme L mit der Masse m multiplizieren:

Aus dieser Formel kann das bestimmt werden

m=Q/L, L=Q/m

Die Wärmemenge, die durch am Siedepunkt kondensierenden Dampf der Masse m freigesetzt wird, wird nach der gleichen Formel bestimmt.

Beispiel. Wie viel Energie wird benötigt, um 2 kg Wasser bei 20 °C in Dampf zu verwandeln? Lassen Sie uns die Bedingung des Problems aufschreiben und es lösen.

Fragen

1. Welche Energie wird der Flüssigkeit beim Kochen zugeführt?
2. Was ist die spezifische Verdampfungswärme?
3. Wie kann man experimentell zeigen, dass beim Kondensieren von Dampf Energie freigesetzt wird?
4. Welche Energie wird von 1 kg Wasserdampf bei der Kondensation freigesetzt?
5. Wo wird in der Technik die bei der Kondensation von Wasserdampf frei werdende Energie genutzt?

Übung 16

1. Wie soll man verstehen, dass die spezifische Verdampfungswärme von Wasser 2,3 10 6 J/kg beträgt?
2. Wie soll man verstehen, dass die spezifische Kondensationswärme von Ammoniak 1,4 10 6 J/kg beträgt?
3. Welcher der in Tabelle 6 aufgeführten Stoffe hat bei der Umwandlung vom flüssigen in den Dampfzustand eine stärkere Zunahme der inneren Energie? Begründen Sie die Antwort.
4. Wie viel Energie wird benötigt, um 150 g Wasser bei 100 °C in Dampf zu verwandeln?
5. Wie viel Energie muss aufgewendet werden, um Wasser der Masse 5 kg, genommen bei einer Temperatur von 0 °C, zum Sieden zu bringen und zu verdampfen?
6. Welche Energiemenge setzt Wasser der Masse 2 kg frei, wenn es von 100 auf 0 °C abgekühlt wird? Welche Energiemenge wird freigesetzt, wenn wir statt Wasser die gleiche Menge Dampf bei 100 °C nehmen?

Die Übung

1. Bestimmen Sie gemäß Tabelle 6, bei welchen Stoffen beim Übergang vom flüssigen in den Dampfzustand die innere Energie stärker ansteigt. Begründen Sie die Antwort.
2. Bereiten Sie einen Bericht zu einem der Themen vor (optional).
3. Wie Tau, Reif, Regen und Schnee entstehen.
4. Der Wasserkreislauf in der Natur.
5. Metallguss.