Меню

Как найти температуру кипения зная давление

Зависимость температуры кипения воды от давления:

Температура кипения — это температура, при которой происходит кипение жидкости, которая находится под постоянным давлением. Согласно уравнению Клапейрона — Клаузиуса с ростом давления температура кипения увеличивается, а с уменьшением давления температура кипения соответственно уменьшается.

Если жидкость получает теплоту, то она будет нагреваться и через некоторое время начнет кипеть. По наблюдениям этот про­цесс сопровождается образованием в объеме жидкости пузырьков насыщенного пара. С повышением температуры их количество на стенках сосуда возрастает, а размеры уве­личиваются. При определенной температуре давление пара в пузырьках становится рав­ным давлению в жидкости, и они под дей­ствием силы Архимеда начинают всплывать. Когда такой пузырек достигает поверхности жидкости, он лопается и выбрасывает пар наружу.

Кипение — это внут­реннее парообразование, которое происходит во всем объеме жидкости при температуре, когда давление насыщенного пара равно дав­лению в жидкости.

Установлено, что при кипении темпе­ратура жидкости остается постоянной— при достижении температуры кипения все пре­доставленное количество теплоты идет на парообразование. Если жидкость не получает теплоту, кипение прекратится, поскольку не будет поступать энергия для внутреннего парообразования.

Кипение осуществляется при температуре, когда давление насыщенного пара в пузырьках равно давлению в жидкости.

Каждое вещество имеет собственную тем­пературу кипения. Очевидно, что ее значение определяется давлением насыщенного пара при данной температуре, поскольку кипение наступает тогда, когда давление насыщенного пара уравнивается с давле­нием в жидкости. Поэтому температура кипения жидкостей зависит от внешнего давления — чем оно выше, тем выше долж­на быть температура кипения, и наоборот.

Температура кипения воды при этом давлении:
o C

Удельный объем насыщенного пара:
м 3 /кг

Удельная теплота парообразования:
кДж/кг

Источник

Как найти температуру кипения зная давление

§ 34. Кипение. Зависимость температуры кипения от давления

Парообразование может происходить не только в результате испарения, но и при кипении. Рассмотрим кипение с энергетической точки зрения.

В жидкости всегда растворено некоторое количество воздуха. При нагревании жидкости количество растворенного в ней газа уменьшается, вследствие чего часть его выделяется в виде маленьких пузырьков на дне и стенках сосуда и на взвешенных в жидкости нерастворенных твердых частичках. Происходит испарение жидкости во внутрь этих воздушных пузырьков. Со временем пары в них становятся насыщенными. При дальнейшем нагревании увеличиваются давление насыщенного пара внутри пузырьков и их объем. Когда давление пара внутри пузырьков становится равным атмосферному, они под действием выталкивающей силы Архимеда поднимаются на поверхность жидкости, лопаются, и из них выходит пар. Парообразование, происходящее одновременно и с поверхности жидкости и внутри самой жидкости в воздушные пузырьки, называется кипением. Температура, при которой давление насыщенных паров в пузырьках становится равно внешнему давлению, называется температурой кипения.

Читайте также:  Как влияет высокое давление природы на давление человека

Так как при одинаковых температурах давления насыщенных паров разнообразных жидкостей разные, то при различных температурах они становятся равными атмосферному давлению. Это приводит к тому, что разные жидкости кипят при различных температурах. Данное свойство жидкостей используется при возгонке нефтепродуктов. При нагревании нефти первыми испаряются наиболее ценные, летучие ее части (бензин), которые таким образом отделяются от «тяжелых» остатков (масел, мазута).


Рис. 37. Зависимость температуры кипения жидкости от давления

Из того, что кипение наступает, когда давление насыщенных паров равно внешнему давлению на жидкость, следует, что температура кипения жидкости зависит от внешнего давления. Если оно увеличено, то жидкость кипит при более высокой температуре, так как для достижения такого давления насыщенным парам необходима более высокая температура. Наоборот, при пониженном давлении жидкость кипит при более низкой температуре. В этом можно убедиться на опыте. Нагреем воду в колбе до кипения и уберем спиртовку (рис. 37, а). Кипение воды прекращается. Закрыв пробкой колбу, начнем насосом удалять из нее воздух и пары воды, уменьшая тем самым давление на воду, которая в»результате этого закипает. Заставив ее кипеть в открытой колбе, накачиванием воздуха в колбу увеличим давление на воду (рис. 37, б). Кипение ее прекращается. При давлении 1 атм вода кипит при 100° С, а при 10 атм — при 180° С. Эта зависимость используется, например в автоклавах, в медицине для стерилизации, в кулинарии для ускорения варки пищевых продуктов.

Чтобы жидкость начала кипеть, ее следует нагреть до температуры кипения. Для этого надо жидкости сообщить энергию, например количество теплоты Q = cm(t°к — t°). При кипении температура жидкости остается постоянной. Так происходит потому, что сообщаемое при кипении количество теплоты затрачивается не на увеличение кинетической энергии молекул жидкости, а на работу разрыва молекулярных связей, т. е. на парообразование. При конденсации пар по закону сохранения энергии отдает в окружающую среду такое количество теплоты, которое было затрачено на парообразование. Конденсация происходит при температуре кипения, которая в процессе конденсации остается постоянной. (Объясните почему).

Составим уравнение теплового баланса при парообразовании и конденсации. Пар, взятый при температуре кипения жидкости, по трубке А. поступает в воду, находящуюся в калориметре (рис. 38, а), конденсируется в ней, отдавая ей затраченное на его получение количество теплоты. Вода и калориметр получают при этом количество теплоты не только от конденсации пара, но и от жидкости, которая при этом получается из него. Данные физических величин приведены в табл. 3.


Таблица 3

Конденсирующийся пар отдал количество теплоты Qп = rm3 (рис. 38, б). Жидкость, полученная из пара, охладившись от t°3 до θ°, отдала количество теплоты Q3 = c2m3 (t3° — θ°).

Читайте также:  Прибор для измерения артериального давления and ub 402


Рис. 38. К выводу уравнения теплового баланса при кипении и конденсации

Калориметр и вода, нагреваясь от t°2 до θ° (рис. 38, в), получили количество теплоты

На основании закона сохранения и превращения энергии

Это уравнение называется уравнением теплового баланса при парообразовании и конденсации.

Задача 14. Перед тем как подать бревно в лесопильную раму, его в зимнее время освобождают от снега и льда, для чего оно некоторое время находится в бассейне, вода которого подогревается паром. Рассчитать, какое количество 100-градусного пара расходуется за смену для плавления 5 т снега и льда и нагревания воды, полученной из них. Температура воздуха -20° С; конечная температура воды в бассейне стала 30° С. Масса воды в бассейне 10 т, при работе бассейна ее температура повышается на 5° С.


Рис. 39. К задаче 14

Источник

Определение температуры кипения

Под температурой кипения подразумевают интервал между начальной и конечной температурой кипения при нормальном давлении 760 мм рт. ст. Начальной температурой кипения называют температуру, при которой в приемник перегнались первые 5 капель жидкости. Конечной температурой кипения называют температуру, при которой в приемник перешло 95% жидкости. Температура кипения характеризует чистоту вещества. Химически чистые вещества кипят при строго определенной температуре. Для технических продуктов, которые являются смесями, не определяют температуры кипения.

Технической характеристикой для таких веществ служит определение объема отгона в определенном интервале температур. В зависимости от состава анализируемого продукта отгон состоит из ряда фракций, получаемых при определенных температурах. Отгон или отдельные фракции собирают в приемник, а содержание их выражают в объемных процентах к первоначальному количеству вещества.

Навеску или точно отмеренное количество испытуемой жидкости помещают в колбу Вюрца 1 (рис. 11) так, чтобы жидкость занимала не более половины объема колбы. Горло колбы закрывают пробкой с термометром 2 так, чтобы верхний край ртутного шарика находился на 1 см ниже нижнего края отводного отверстия, затем колбу укрепляют с помощью лапки в штативе.

Трубку колбы соединяют с водяным (если температура кипения ниже 150 С) или воздушным (если температура кипения жидкости выше 150 С) холодильником 3. Другой конец холодильника через аллонж соединяют с приемником 4 (колба или медный цилиндр). Для равномерного кипения в колбу 1 с жидкостью помещают стеклянные, запаянные с одного конца капилляры или кусочки неглазурованной глиняной пластинки. Начинают нагревание колбы и отмечают начальную температуру кипения; затем приемник придвигают к концу холодильника так, чтобы последний касался его стенки, и продолжают нагревание таким образом, чтобы в минуту перегонялось 3-5 мл жидкости. Перегоняют требуемый объем жидкости, отмечая конечную температуру кипения.

Читайте также:  Может ли шейный остеохондроз понижать давление

При работе с небольшими количествами вещества используют метод Сиволобова. По этому методу пробу вещества помещают в стеклянную трубку диаметром 5-6 мм с запаянным концом (трубка для сжигания), в которую помещен открытым концом вниз капилляр для определения температуры плавления. Трубку с капилляром закрепляют с помощью резинового кольца на термометре прибора для определения температуры плавления (см. рис. 7). При приближении к температуре кипения из капилляра начинают выделяться пузырьки воздуха. Температурой кипения считают показания термометра в тот момент, когда образуется равномерная цепочка пузырьков или когда такая цепочка внезапно обрывается при охлаждении и жидкость засасывается в капилляр. Точность определения составляет 1-2 С.

Рис. 11. Прибор для определения температуры кипения методом перегонки.

1 — колба; 2 — термометр; 3 — холодильник; 4 — приемник.

Температуру кипения небольшого количества вещества можно определять также в приборе, изображенном на рис. 12. В пробирку 2 наливают 1-1,5 мл испытуемой жидкости, термометр 4 закрепляют таким образом, чтобы его конец находился на 1,5-2 см выше уровня жидкости. В колбу 1 наливают теплопередающую жидкость, температура кипения которой не менее чем на 30-50 С выше температуры кипения испытуемой жидкости. Жидкость в колбе нагревают таким образом, чтобы температура в пробирке поднималась на 2-3 С в минуту. Как только испытуемая жидкость закипит, температура некоторое время будет оставаться постоянной. Эту температуру принимают за температуру кипения исследуемого вещества.

Определение температур плавления и кипения следует проводить с соблюдением всех мер предосторожности, обязательно надев защитные очки или пользуясь защитным экраном.

Наблюдаемую температуру кипения приводят к нормальному давлению по следующей формуле:

где Т — наблюдаемая температура кипения; Р — барометрическое давление во время опыта; к — инкремент температуры кипения на 1 мм рт. ст. атмосферного давления. Значение к зависит от температуры кипения и колеблется в пределах 0,04-0,06 (согласно Международной фармакопее при отсутствии особых указаний используют значение к=0,04).

Поскольку при определении температур плавления, затвердевания и кипения термометр не полностью погружен в жидкость (или не полностью находится в парах кипящей жидкости), необходимо внести поправку на его показания. Если t1 — наблюдаемая температура, то истинную температуру t рассчитывают по формуле:

t = t1 + 0,0016 X n (t1 — t2),

где t2 — средняя температура выступающего столбика термометра; п — число градусов на шкале выступающего из жидкости ртутного термометра.

Рис. 12. Прибор для определения температуры кипения при малом количестве вещества.

1 — колба; 2 — пробирка с веществом; 3 — отверстие; 4 — термометр.

Источник

Adblock
detector