L ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำแข็ง ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ

กลับไปข้างหน้า

ความสนใจ! ดูตัวอย่างสไลด์นี้มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ข้อมูลเท่านั้นและอาจไม่ได้แสดงถึงคุณลักษณะทั้งหมดของการนำเสนอ ถ้าคุณสนใจ งานนี้กรุณาดาวน์โหลดเวอร์ชันเต็ม

ประเภทของบทเรียน: รวม

ประเภทบทเรียน:การเรียนรู้เนื้อหาใหม่

เป้า:สร้างแนวคิดของการต้มเป็นการระเหย ระบุและอธิบายลักษณะการต้ม

งาน:

เกี่ยวกับการศึกษา:

• การก่อตัวของแนวคิดเรื่อง "การเดือด" และ "ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอและการควบแน่น"
• การระบุคุณสมบัติหลักของการเดือด: การก่อตัวของฟองอากาศ, เสียงก่อนจุดเดือด, ความคงตัวของจุดเดือดและการพึ่งพาอุณหภูมิเดือดกับความดันภายนอก
• พัฒนาความสามารถในการประยุกต์ความรู้ที่มีอยู่มาอธิบายปรากฏการณ์การระเหยและการเดือด

เกี่ยวกับการศึกษา:

• การพัฒนาทักษะทางปัญญา: วิเคราะห์ เปรียบเทียบ เน้นสิ่งสำคัญ และสรุปผล
• พัฒนาการคิดเชิงตรรกะและความสนใจทางปัญญา

เกี่ยวกับการศึกษา:

• การพัฒนาความสนใจในวิชาและทัศนคติเชิงบวกต่อการเรียนรู้
• การก่อตัวของโลกทัศน์ทางวิทยาศาสตร์
• ส่งเสริมความสนิทสนมกันและการช่วยเหลือซึ่งกันและกัน

การสาธิต:

1. การสังเกตขั้นตอนการเดือด
2. การสังเกตการพึ่งพาอุณหภูมิเดือดกับความดันภายนอก
3. การสังเกตการเดือดที่ความดันลดลง
4. วีดีโอ “การต้มไนโตรเจน”

อุปกรณ์: ตะเกียงแอลกอฮอล์, ขวดพร้อมน้ำ, เทอร์โมมิเตอร์สำหรับวัดอุณหภูมิของเหลว, ขาตั้ง, จุกสำหรับขวดที่มีหลอดแก้วเสียบอยู่, ท่อยาง, เข็มฉีดยา, ปั๊ม Komovsky, คอมพิวเตอร์และเครื่องฉายมัลติมีเดีย, การนำเสนอ

ในระหว่างเรียน

1. ช่วงเวลาขององค์กร

2. แรงจูงใจ

ครู:ฉันไม่สงสัยเลยว่าทุกเช้าจะเริ่มต้นด้วยชาร้อนที่ชงมาอย่างดี ชาเป็นเครื่องดื่มเพื่อสุขภาพ - ตามที่กล่าวไว้ ภูมิปัญญาโบราณ. และแน่นอนว่าคุณรู้ดีว่าก่อนที่คุณจะชงชาคุณต้องต้มน้ำก่อน โปรดใส่ใจกับ epigraph (สไลด์ 2):

“มีปรากฏการณ์ต่างๆ ที่คุณไม่เคยเบื่อที่จะมองดู น้ำเดือด - เพลิดเพลินกับปรากฏการณ์ของน้ำและไฟ ความลึกลับของการมีปฏิสัมพันธ์ของพวกเขา ภาพที่เปลี่ยนแปลงนี้ช่างน่าหลงใหล เมื่อกาต้มน้ำเดือด มันก็เริ่มพูด” ทาลลินน์ อดามอฟสกายา

วันนี้เราจะดูกระบวนการนี้จากมุมมองทางกายภาพและพยายามค้นหาคำตอบของความลึกลับมากมายที่มาพร้อมกับปรากฏการณ์นี้ หัวข้อบทเรียนคือ "การเดือด" ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอและการควบแน่น”

นักเรียนเขียนหัวข้อของบทเรียนลงในสมุดบันทึก

ครู:เพื่อศึกษาการต้มเราจะทำการทดลอง วางขวดที่มีน้ำประปาไว้บนตะเกียงแอลกอฮอล์ มาวัดอุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำด้วยเทอร์โมมิเตอร์กันดีกว่า

3. การอัพเดตความรู้

ครู: ในขณะที่น้ำร้อนขึ้น ให้จำไว้ว่าสิ่งที่เรียกว่าการระเหย

นักเรียน: การกลายเป็นไอเป็นปรากฏการณ์การเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอ

ครู: การกลายเป็นไอมี 2 วิธีอะไรบ้าง?

นักเรียน: การระเหยและการเดือด

ครู: ปรากฏการณ์ใดที่เรียกว่าการระเหย?

นักเรียน: การก่อตัวของไอที่เกิดขึ้นจากพื้นผิวของของเหลวเรียกว่าการระเหย

ครู: อธิบายกลไกการระเหยจากมุมมองของโมเลกุล

นักเรียน: วัตถุทั้งหมดประกอบด้วยโมเลกุลที่เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องและวุ่นวายด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน หากโมเลกุล "เร็ว" ไปสิ้นสุดที่พื้นผิวของของเหลว ก็สามารถเอาชนะแรงดึงดูดของโมเลกุลข้างเคียงและลอยออกจากของเหลวได้ โมเลกุลทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจะเกิดเป็นไอน้ำ

ครู: สารมีอุณหภูมิคงที่เมื่อเริ่มกระบวนการระเหยหรือไม่?

นักเรียน: สารไม่มีอุณหภูมิดังกล่าว การระเหยเกิดขึ้นที่อุณหภูมิใดๆ เนื่องจากโมเลกุลเคลื่อนที่ที่อุณหภูมิใดๆ

ครู: อะไรเป็นตัวกำหนดอัตราการระเหยของของเหลว?

นักเรียน: จากชนิดของสาร อุณหภูมิ พื้นที่ผิว และการเคลื่อนตัวของอากาศเหนือพื้นผิวของของเหลว

ครู: เหตุใดการระเหยจึงเกิดขึ้นเร็วขึ้นเมื่อมากขึ้น อุณหภูมิสูงของเหลว?

นักเรียน: ยิ่งอุณหภูมิสูงความเร็วของโมเลกุลก็จะยิ่งมากขึ้น

ครู: อัตราการระเหยขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของของเหลวอย่างไร?

นักเรียน: ยิ่งพื้นที่ผิวมีขนาดใหญ่ โมเลกุลก็จะหลุดออกจากของเหลวได้มากขึ้นเท่านั้น

ครู: เหตุใดการระเหยจึงเกิดขึ้นเร็วขึ้นเมื่ออากาศเคลื่อนที่?

นักเรียน: โมเลกุลที่ระเหยไม่สามารถกลับคืนสู่ของเหลวได้

ครู: การควบแน่นของไอน้ำคืออะไร?

นักเรียน: การควบแน่นเป็นปรากฏการณ์การเปลี่ยนไอให้เป็นของเหลว

ครู: การควบแน่นของไอน้ำเกิดขึ้นภายใต้สภาวะใดบ้าง

นักเรียน: เมื่อไอระเหยอิ่มตัว กล่าวคือ ในสภาวะสมดุลไดนามิกกับของเหลว

4. ศึกษาเนื้อหาใหม่

ครู: กลับมาที่การทดลองของเรากันดีกว่า และวัดอุณหภูมิของน้ำ ตอนนี้คุณกำลังสังเกตอะไรอยู่?

นักเรียน: ฟองอากาศปรากฏขึ้นที่ด้านล่างและผนังของถัง (สไลด์ 3)

ครู: ทำไมฟองอากาศจึงปรากฏที่ด้านล่างและผนังของถัง?

นักเรียน: มีอากาศละลายในน้ำอยู่เสมอ เมื่อถูกความร้อน ฟองอากาศจะขยายตัวและมองเห็นได้

ครู: ทำไมฟองอากาศจึงเริ่มมีปริมาตรเพิ่มขึ้น?

นักเรียน: เพราะน้ำเริ่มระเหยภายในฟองเหล่านี้

ครู: แรงอะไรกระทำต่อฟอง?

นักเรียน: แรงโน้มถ่วงและแรงอาร์คิมีดีน

ครู: พวกเขามีทิศทางอะไร?

นักเรียน: แรงโน้มถ่วงมุ่งลง และแรงของอาร์คิมิดีสมุ่งขึ้น (สไลด์ 4)

ครู: เมื่อใดที่ฟองอากาศจะแตกออกจากด้านล่างและผนังของภาชนะและเริ่มเคลื่อนตัวขึ้นด้านบน

นักเรียน: ฟองสบู่จะหลุดออกมาเมื่อแรงอาร์คิมีดีนมากกว่าแรงโน้มถ่วง

ครู: มาวัดอุณหภูมิน้ำกันเถอะ ตอนนี้คุณได้ยินเสียงที่มีลักษณะเฉพาะ ให้เราอธิบายปรากฏการณ์นี้ หากปริมาตรของฟองมีขนาดใหญ่เพียงพอ แสดงว่าฟองนั้นอยู่ภายใต้อิทธิพล

พลังของอาร์คิมีดีสเริ่มเพิ่มสูงขึ้น เนื่องจากของเหลวถูกให้ความร้อนโดยการพาความร้อน อุณหภูมิของชั้นล่างจึงสูงกว่าอุณหภูมิของน้ำชั้นบน เมื่อฟองเข้าสู่ชั้นน้ำด้านบนซึ่งมีความร้อนน้อยกว่า ไอน้ำที่อยู่ภายในจะควบแน่นและปริมาตรของฟองจะลดลง ฟองจะยุบ (สไลด์ 5) เราได้ยินเสียงที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการนี้ก่อนที่จะเดือด ที่อุณหภูมิหนึ่งนั่นคือเมื่อของเหลวทั้งหมดได้รับความร้อนเนื่องจากการพาความร้อนเมื่อเข้าใกล้พื้นผิวปริมาตรของฟองอากาศจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากความดันภายในฟองจะเท่ากับความดันภายนอก (ของบรรยากาศ และคอลัมน์ของเหลว) ฟองสบู่แตกบนพื้นผิวและมีไอน้ำจำนวนมากก่อตัวอยู่เหนือของเหลว น้ำกำลังเดือด

ตอนนี้เราจะวัดอุณหภูมิของน้ำเดือด น้ำเดือดที่อุณหภูมิ 100 o C

ครู: ดังนั้น สภาวะการเดือด: ความดันภายในฟองเท่ากับความดันภายนอกและสัญญาณของการเดือด:

ฟองอากาศจำนวนมากแตกออกมาบนพื้นผิว

ไอน้ำมากมาย

เดือดอะไร?

นักเรียน: การเดือดคือการก่อตัวของไอที่เกิดขึ้นในปริมาตรของของเหลวทั้งหมดที่อุณหภูมิที่กำหนด

ครู: มาเขียนคำจำกัดความของการเดือดกันดีกว่า (สไลด์ 6)

การเดือดคือการกลายเป็นไออย่างเข้มข้นที่เกิดขึ้นทั่วทั้งปริมาตรของของเหลวที่อุณหภูมิที่กำหนด

ครู: อุณหภูมิใดเรียกว่าจุดเดือด?

นักเรียน: อุณหภูมิที่ของเหลวเดือดเรียกว่าจุดเดือด

ครู: คุณคิดว่าอุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงในระหว่างกระบวนการต้มหรือไม่?

นักเรียน: ฉันคิดว่ามันจะไม่เปลี่ยนแปลง (สไลด์ 7)

ครู: มาวัดอุณหภูมิน้ำเดือดกันอีกครั้ง อุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง แต่ตะเกียงแอลกอฮอล์ยังคงทำงานและปล่อยพลังงานต่อไป พลังงานนี้ถูกใช้ไปกับอะไรหากไม่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีก?

นักเรียน: มันถูกใช้ไปกับการก่อตัวของฟองไอน้ำ

ครู: ดูตารางหน้า 45 ค้นหาจุดเดือดของน้ำ

นักเรียน: จุดเดือดของน้ำคือ 100 o C

ครู: ของเหลวชนิดใดมีจุดเดือดเท่ากัน

นักเรียน: น้ำนม.

ครู: จุดเดือดของอีเทอร์และแอลกอฮอล์คือเท่าไร?

นักเรียน: อีเธอร์เดือดที่ 35 o C แอลกอฮอล์ - ที่ 78 o C

ครู: สารบางชนิดซึ่งภายใต้สภาวะปกติเป็นก๊าซเมื่อเย็นเพียงพอแล้วจะกลายเป็นของเหลวที่เดือดที่อุณหภูมิต่ำมาก สารใดต่อไปนี้อยู่ในตาราง?

นักเรียน: เหล่านี้คือไฮโดรเจนและออกซิเจน ไฮโดรเจนเหลวเดือดที่ -253 o C และออกซิเจนเดือดที่ -183 o C

ครู: ตอนนี้เราจะชมวิดีโอ “การต้มไนโตรเจน” (สไลด์ 8)

ครู: มีสารหลายชนิดในตารางที่เป็นของแข็งภายใต้สภาวะปกติ หากคุณละลายพวกมันในสถานะของเหลวพวกมันจะเดือดที่อุณหภูมิสูงมาก ยกตัวอย่าง.

นักเรียน: เช่น ทองแดงเหลวเดือดที่ 2567 o C และเหล็กเดือดที่ 2750 o C

ครู: คุณใส่ใจกับข้อมูลที่ระบุในวงเล็บในชื่อตารางนี้หรือไม่?

นักเรียน: จุดเดือดของสารบางชนิดที่ความดันบรรยากาศปกติ

ครู: ทำไมคุณถึงคิดว่าเงื่อนไขนี้ถูกระบุ?

นักเรียน: เพราะจุดเดือดขึ้นอยู่กับแรงดันภายนอก

ครู: ลองศึกษาการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิจุดเดือดกับความดันภายนอก

การสาธิต: ยกขวดที่มีของเหลวเดือดออกจากตะเกียงแอลกอฮอล์ แล้วปิดด้วยจุกที่มีหลอดไฟเสียบอยู่ เมื่อคุณกดหัวหลอด น้ำเดือดในขวดจะหยุดลง ทำไม

นักเรียน: เมื่อเรากดหัวขวด เราได้เพิ่มความดันในขวด และสภาวะการเดือดก็ถูกละเมิด

ครู: ดังนั้น เราได้แสดงให้เห็นว่าเมื่อความดันเพิ่มขึ้น จุดเดือดจะเพิ่มขึ้น แม่บ้านหลายคนใช้กระทะในการปรุงอาหาร - หม้ออัดแรงดันซึ่งมีข้อดีมากกว่ากระทะธรรมดาหลายประการ กระบวนการปรุงอาหารในหม้ออัดแรงดันเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 120 o C และความดัน 200 kPa ดังนั้นเวลาในการปรุงอาหารจึงลดลงอย่างมาก (สไลด์ 9)

ครู: มาจำกันหน่อยว่าความกดอากาศเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรตามความสูงที่เพิ่มขึ้นเหนือระดับน้ำทะเล?

นักเรียน: ความดันบรรยากาศลดลง

ครู: จุดเดือดของน้ำเวลาขึ้นเขาเปลี่ยนแปลงอย่างไร?

นักเรียน: มันจะลดลง (สไลด์ 10)

ครู: ถูกต้องที่สุด. ยกตัวอย่างมากที่สุด ภูเขาสูงจอมลุงมาในเทือกเขาหิมาลัยซึ่งมีความสูง 8848 ม. น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิประมาณ 70 o C เป็นไปไม่ได้เลยที่จะปรุงเนื้อสัตว์ในน้ำเดือดเช่นนี้

คุณคิดว่าเป็นไปได้ไหมที่จะทำให้น้ำเดือดที่อุณหภูมิห้อง เพราะเหตุใด

สาธิต: แก้วด้วย น้ำเย็นวางไว้ใต้ระฆังแก้ว ใช้ปั๊ม Komovsky เพื่อสูบลมออก เมื่อความดันในแก้วลดลง เราจะสังเกตขั้นตอนการเดือดของของเหลวในขณะที่อุณหภูมิยังคงต่ำ

ครู: ได้ข้อสรุปอะไรจากการทดลองบ้าง?

นักเรียน: จุดเดือดของของเหลวขึ้นอยู่กับความดัน

ครู: เรามาทำความรู้จักกับกระบวนการต้ม คุณคิดว่าต้องใช้ความร้อนในปริมาณเท่ากันในการต้มของเหลวต่าง ๆ ที่มีมวลเท่ากันที่จุดเดือดหรือไม่ เพราะเหตุใด

นักเรียน: ฉันคิดว่าต้องใช้ความร้อนในปริมาณที่แตกต่างกัน

ครู: ถูกต้อง (สไลด์ 11) ในแผนภาพ เราจะเห็นว่าต้องใช้ความร้อนในปริมาณที่แตกต่างกันในการเปลี่ยนของเหลวต่างๆ ให้เป็นไอ ปริมาณความร้อนนี้มีลักษณะเป็นปริมาณทางกายภาพที่เรียกว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ ปริมาณนี้แสดงด้วยตัวอักษร L โดยมีหน่วย SI คือ J/kg ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอคือปริมาณทางกายภาพที่แสดงปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเปลี่ยนของเหลวที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมให้เป็นไอน้ำที่จุดเดือด ลองดูตารางในหน้า 49 เช่น ความร้อนจำเพาะการระเหยของน้ำ 2.3*10 6 J/kg. ซึ่งหมายความว่าในการแปลงน้ำ 1 กิโลกรัมเป็นไอน้ำที่จุดเดือด คุณจะต้องใช้พลังงาน 2.3 * 10 6 J ความร้อนจำเพาะของการระเหยของแอลกอฮอล์เป็นเท่าใด

นักเรียน: ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของแอลกอฮอล์ 0.9*10 6 J/kg.

ครู: ตัวเลขนี้หมายถึงอะไร?

นักเรียน: ซึ่งหมายความว่าในการแปลงแอลกอฮอล์ 1 กิโลกรัมเป็นไอน้ำที่จุดเดือด คุณจะต้องใช้พลังงาน 0.9 * 10 6 J

ครู: ดังนั้น ณ จุดเดือด พลังงานภายในของสารในสถานะไอจึงมากกว่าพลังงานภายในของสารที่มีมวลเท่ากันในสถานะของเหลว ด้วยเหตุนี้การเผาด้วยไอน้ำที่อุณหภูมิ 100 o C จึงเป็นอันตรายมากกว่าการเผาด้วยน้ำเดือด (สไลด์ 12)

ตอนนี้ตอบคำถาม: ถ้าคุณถอดฝาออกจากกาต้มน้ำเดือดคุณเห็นอะไรบนนั้น?

นักเรียน: เราจะเห็นหยดน้ำตรงนั้น

ครู: คุณจะอธิบายรูปลักษณ์ของพวกเขายังไง?

นักเรียน: ไอน้ำที่สัมผัสกับฝาปิดควบแน่น (สไลด์ 13)

ครู: เมื่อไอน้ำควบแน่น พลังงานจะถูกปล่อยออกมา การทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อไอน้ำควบแน่นจะปล่อยความร้อนออกมาในปริมาณเท่ากันทุกประการกับที่ใช้ไปกับการก่อตัวของมัน สามารถใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการควบแน่นของไอน้ำได้ ที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อน น้ำจะถูกทำให้ร้อนด้วยไอน้ำที่ใช้หมดจากกังหัน จากนั้นนำไปใช้ในการทำความร้อนในอาคารและในสถานประกอบการบริการสาธารณะ เช่น อ่างอาบน้ำ ห้องซักรีด ฯลฯ

ในการคำนวณปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการแปลงของเหลวที่มีมวลใดๆ ให้เป็นไอที่จุดเดือด คุณต้องคูณความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอด้วยมวล ลองเขียนสูตร: Q = Lm ปริมาณความร้อนที่ไอน้ำของมวลใดๆ ปล่อยออกมาเมื่อควบแน่นที่จุดเดือดจะถูกกำหนดโดยสูตรเดียวกัน

5. การรวมบัญชี

ครู: ตอนนี้คุณรู้วิธีการกลายเป็นไอสองวิธีแล้ว: การระเหยและการเดือด ใครสามารถบอกได้ว่ากระบวนการเหล่านี้แตกต่างกันอย่างไร

นักเรียน: การระเหยเกิดขึ้นจากพื้นผิวของของเหลว และการเดือดเกิดขึ้นตลอดปริมาตรของของเหลวทั้งหมด

นักเรียน: การระเหยเกิดขึ้นที่อุณหภูมิใด ๆ และการเดือดจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิหนึ่ง ของเหลวแต่ละชนิดมีจุดเดือดของตัวเอง

นักเรียน: เมื่อระเหย อุณหภูมิของของเหลวจะลดลงแต่เมื่อเดือดจะไม่เปลี่ยนแปลง

ครู: คุณคิดว่าน้ำเดือดร้อนกว่าที่ไหน: ที่ระดับน้ำทะเล บนภูเขา หรือในเหมืองลึก

นักเรียน: ฉันคิดว่าน้ำในเหมืองลึกจะร้อนกว่าเพราะความดันบรรยากาศที่ระดับความลึกจะสูงขึ้น น้ำจึงจะเดือดที่อุณหภูมิสูงขึ้น

ครู: สามารถใช้สูตรใดในการคำนวณปริมาณความร้อนที่ใช้ไปกับการก่อตัวของไอน้ำหรือปล่อยออกมาระหว่างการควบแน่นของไอน้ำ

ครู: ลองคำนวณปริมาณความร้อนด้วยวาจาในกรณีต่อไปนี้ (สไลด์ 15):

นักเรียน: สำหรับอีเทอร์ Q = 2*10 6 J สำหรับแอลกอฮอล์ – 9*10 6 J สำหรับน้ำ – 4.6*10 6 J

ครู: กราฟแสดงกระบวนการให้ความร้อนและการเดือดของของเหลวสองชนิดที่มีมวลเท่ากัน (สไลด์ 16) ใช้ตารางในหน้า 45 เพื่อพิจารณาว่ากราฟถูกสร้างขึ้นสำหรับสารใด

นักเรียน: อันบนสำหรับน้ำ อันล่างสำหรับแอลกอฮอล์ เนื่องจากจุดเดือดของน้ำคือ 100 o C และจุดเดือดของแอลกอฮอล์คือ 78 o C

ครู: อุณหภูมิเริ่มต้นของของเหลวคือเท่าไร?

นักเรียน: อุณหภูมิเริ่มต้นของของเหลวทั้งสองคือ 20? C

ครู: ตั้งชื่อส่วนของกราฟที่สอดคล้องกับการให้ความร้อนของของเหลว

นักเรียน: AB สำหรับแอลกอฮอล์ และ AD สำหรับน้ำ

ครู: ตั้งชื่อส่วนของกราฟที่สอดคล้องกับการเดือดของของเหลว

นักเรียน: BC สำหรับแอลกอฮอล์ และ DE สำหรับน้ำ

6. สรุปบทเรียน

ครู: เปิดสมุดบันทึกของคุณและจดการบ้านของคุณ: ย่อหน้าที่ 18, 20 แบบฝึกหัด 10(4) (สไลด์ 17)

สำหรับผู้ที่สนใจงานทดลองดังต่อไปนี้

ใช้หม้อน้ำขนาดใหญ่ วางกระทะน้ำใบเล็กลงไปเพื่อให้ลอยน้ำโดยไม่แตะก้นกระทะใบใหญ่ วางไว้บนเตาแล้วเริ่มทำความร้อน จะเกิดอะไรขึ้นกับน้ำในหม้อใบเล็กเมื่อต้มในหม้อใบใหญ่? ทำไม ใส่เกลือหนึ่งช้อนโต๊ะลงในกระทะขนาดใหญ่ จะเกิดอะไรขึ้นกับน้ำในกระทะใบเล็กหลังจากนี้? อธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ คุณจะพูดอะไรเกี่ยวกับจุดเดือดของน้ำเกลือได้บ้าง?

7. การสะท้อนกลับ.

ครู: บทเรียนของเรากำลังจะจบลง ฉันอยากรู้ว่าคุณจะจากไปในอารมณ์ไหน บนโต๊ะคุณมีสติกเกอร์สีสามสีที่สะท้อนถึงอารมณ์ต่อไปนี้: สีเขียว - ฉันชอบบทเรียนมาก สีฟ้า - ฉันสนใจ สีแดง - ฉันเบื่อ เมื่อออกเดินทาง ให้ติดสติกเกอร์ที่สะท้อนอารมณ์ของคุณไว้บนกระดาน (สไลด์ 18)

บทเรียนจบลงแล้ว ขอขอบคุณสำหรับความสนใจของคุณ!

แหล่งที่มา

1. เอ.วี. เพอริชกิน ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 - ม.; อีแร้ง
2. กิน. กุตนิค, อี, วี. Rybakova, E.V. ชาโรนินา. วัสดุระเบียบวิธีสำหรับครู ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 - ม.; อีแร้ง
3. แอลเอ โกเรฟ. การทดลองที่สนุกสนานในวิชาฟิสิกส์ – ม.; การศึกษา
4. คอลเลกชันทรัพยากรการศึกษาดิจิทัลแบบครบวงจร:
5. วีดิทัศน์เรื่อง “การต้มไนโตรเจน”
6. ภาพวาดจากการนำเสนอแบบแฟลช

ดังที่เราได้เห็นการเดือดก็คือการระเหยเช่นกัน แต่จะมาพร้อมกับการก่อตัวและการเติบโตอย่างรวดเร็วของฟองไอน้ำ เห็นได้ชัดว่าในระหว่างการต้มจำเป็นต้องให้ความร้อนจำนวนหนึ่งแก่ของเหลว ความร้อนจำนวนนี้ถูกใช้เพื่อสร้างไอน้ำ ยิ่งไปกว่านั้น ของเหลวต่างชนิดที่มีมวลเท่ากันต้องใช้ความร้อนในปริมาณที่แตกต่างกันเพื่อเปลี่ยนให้กลายเป็นไอที่จุดเดือด

การทดลองพบว่าการระเหยของน้ำที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัม ที่อุณหภูมิ 100 °C ต้องใช้พลังงาน 2.3 10 6 J ในการระเหยอีเธอร์ 1 กิโลกรัมที่อุณหภูมิ 35 °C ต้องใช้พลังงาน 0.4 10 6 J

ดังนั้นเพื่อให้อุณหภูมิของของเหลวระเหยไม่เปลี่ยนแปลงจะต้องจ่ายความร้อนจำนวนหนึ่งให้กับของเหลว

ปริมาณทางกายภาพที่แสดงปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเปลี่ยนของเหลวที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมให้เป็นไอโดยไม่เปลี่ยนอุณหภูมิเรียกว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอเขียนแทนด้วยตัวอักษร L มีหน่วยเป็น 1 J/kg

การทดลองพบว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำที่อุณหภูมิ 100 °C เท่ากับ 2.3 10 6 J/kg กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในการแปลงน้ำ 1 กิโลกรัมเป็นไอน้ำที่อุณหภูมิ 100 °C ต้องใช้พลังงาน 2.3 10 6 J ดังนั้น ณ จุดเดือด พลังงานภายในของสารในสถานะไอจึงมากกว่าพลังงานภายในของสารที่มีมวลเท่ากันในสถานะของเหลว

ตารางที่ 6.
ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของสารบางชนิด (ที่จุดเดือดและความดันบรรยากาศปกติ)

เมื่อสัมผัสกับวัตถุเย็น ไอน้ำจะควบแน่น (รูปที่ 25) สิ่งนี้จะปล่อยพลังงานที่ถูกดูดซับระหว่างการก่อตัวของไอน้ำ การทดลองที่แม่นยำแสดงให้เห็นว่าเมื่อควบแน่น ไอน้ำจะปล่อยปริมาณพลังงานที่เข้าสู่การก่อตัวของไอน้ำออกมา

ข้าว. 25. การควบแน่นของไอน้ำ

ดังนั้น เมื่อไอน้ำ 1 กิโลกรัมที่อุณหภูมิ 100 °C ถูกแปลงเป็นน้ำที่มีอุณหภูมิเท่ากัน พลังงาน 2.3 10 6 J จะถูกปล่อยออกมา เมื่อเปรียบเทียบกับสารอื่นๆ (ตารางที่ 6) จะเห็นได้ว่าพลังงานนี้ค่อนข้างสูง

สามารถใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการควบแน่นของไอน้ำได้ ที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนขนาดใหญ่ ไอน้ำที่ระบายออกจากกังหันจะถูกใช้เพื่อทำให้น้ำร้อน

น้ำอุ่นในลักษณะนี้ใช้สำหรับทำความร้อนในอาคาร ในอ่างอาบน้ำ ห้องซักรีด และสำหรับความต้องการอื่นๆ ในบ้าน

ในการคำนวณปริมาณความร้อน Q ที่จำเป็นในการเปลี่ยนของเหลวที่มีมวลใดๆ ที่จุดเดือดให้เป็นไอ ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ L จะต้องคูณด้วยมวล m:

จากสูตรนี้สามารถระบุได้ว่า

ม. = คิว / แอล, แอล = คิว / ม

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากไอน้ำมวล m ซึ่งควบแน่นที่จุดเดือด ถูกกำหนดโดยสูตรเดียวกัน

ตัวอย่าง. ต้องใช้พลังงานเท่าใดในการแปลงน้ำ 2 กิโลกรัมที่อุณหภูมิ 20 °C ให้เป็นไอน้ำ มาเขียนเงื่อนไขของปัญหาและแก้ไขกัน

คำถาม

1. พลังงานที่จ่ายให้กับของเหลวระหว่างการต้มใช้ไปเป็นเท่าใด?
2. ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอแสดงอะไร?
3. คุณจะแสดงการทดลองได้อย่างไรว่าพลังงานถูกปล่อยออกมาเมื่อไอน้ำควบแน่น?
4. พลังงานที่ปล่อยออกมาจากไอน้ำ 1 กิโลกรัมระหว่างการควบแน่นเป็นเท่าใด
5. พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการควบแน่นของไอน้ำใช้อยู่ที่ไหนในเทคโนโลยี?

แบบฝึกหัดที่ 16

1. เราจะเข้าใจได้อย่างไรว่าความร้อนจำเพาะของการระเหยของน้ำคือ 2.3 10 6 J/kg
2. เราจะเข้าใจได้อย่างไรว่าความร้อนจำเพาะของการควบแน่นของแอมโมเนียคือ 1.4 10 6 J/kg
3. สาร 6 ชนิดที่ระบุในตารางเมื่อเปลี่ยนจากของเหลวเป็นไอ มีพลังงานภายในเพิ่มขึ้นมากที่สุด? ชี้แจงคำตอบของคุณ
4. การแปลงน้ำ 150 กรัมเป็นไอน้ำที่อุณหภูมิ 100 °C ต้องใช้พลังงานเท่าใด
5. จะต้องใช้พลังงานเท่าไรในการนำน้ำ 5 กิโลกรัม ที่อุณหภูมิ 0°C มาต้มให้ระเหย?
6. น้ำหนัก 2 กิโลกรัม เมื่อทำให้เย็นลงจาก 100 ถึง 0 °C จะปล่อยพลังงานจำนวนเท่าใด หากเราใช้ไอน้ำอุณหภูมิ 100 °C ในปริมาณเท่ากันแทนน้ำ เราจะปล่อยพลังงานออกมาจำนวนเท่าใด

ออกกำลังกาย

1. ใช้ตารางที่ 6 เพื่อพิจารณาว่าสารใดมีพลังงานภายในเพิ่มขึ้นมากกว่าเมื่อเปลี่ยนจากของเหลวเป็นไอ ชี้แจงคำตอบของคุณ
2. เตรียมรายงานในหัวข้อใดหัวข้อหนึ่ง (ไม่บังคับ)
3. น้ำค้าง น้ำค้างแข็ง ฝน และหิมะเกิดขึ้นได้อย่างไร
4. วัฏจักรของน้ำในธรรมชาติ
5. การหล่อโลหะ.

จาก§§ 2.5 และ 7.2 ตามมาว่าในระหว่างการกลายเป็นไอพลังงานภายในของสารจะเพิ่มขึ้นและในระหว่างการควบแน่นพลังงานจะลดลง เนื่องจากในระหว่างกระบวนการเหล่านี้ อุณหภูมิของของเหลวและไอของของเหลวจะเท่ากัน การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของสารจึงเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานศักย์ของโมเลกุลเท่านั้น ดังนั้น ที่อุณหภูมิเดียวกัน มวลต่อหน่วยของของเหลวจะมีขนาดเล็กลง กำลังภายในมากกว่าหน่วยมวลของไอระเหย

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าความหนาแน่นของสารในระหว่างการกลายเป็นไอลดลงอย่างมากและปริมาตรที่สารครอบครองเพิ่มขึ้น ดังนั้นในระหว่างการกลายเป็นไอ จะต้องทำงานกับแรงกดดันภายนอก ดังนั้นพลังงานที่ต้องมอบให้กับของเหลวเพื่อเปลี่ยนเป็นไอที่อุณหภูมิคงที่จึงถูกใช้เพื่อเพิ่มพลังงานภายในของสารและส่วนหนึ่งเพื่อทำงานกับแรงภายนอกในกระบวนการขยายตัว

ในทางปฏิบัติ ในการแปลงของเหลวให้เป็นไอในระหว่างกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อน ความร้อนจะถูกส่งไปยังของเหลวนั้น ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอที่อุณหภูมิคงที่เรียกว่าความร้อนของการกลายเป็นไอ เมื่อไอน้ำกลายเป็นของเหลวจำเป็นต้องขจัดความร้อนออกไปซึ่งเรียกว่าความร้อนของการควบแน่น หากสภาพภายนอกเหมือนกันแล้วเมื่อใด มวลเท่ากันความร้อนของการระเหยของสารชนิดเดียวกันจะเท่ากับความร้อนของการควบแน่น

จากการใช้แคลอริมิเตอร์พบว่าความร้อนของการกลายเป็นไอเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของของเหลวที่ถูกแปลงเป็นไอ

นี่คือค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนซึ่งค่าขึ้นอยู่กับประเภทของของเหลวและ สภาพภายนอก.

ปริมาณที่แสดงลักษณะการพึ่งพาความร้อนของการกลายเป็นไอกับชนิดของสารและสภาวะภายนอกเรียกว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอวัดจากปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการแปลงมวลหน่วยของของเหลวให้เป็นไอที่อุณหภูมิคงที่:

ในหน่วย SI หน่วยนี้ถือเป็นความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของของเหลวซึ่งต้องใช้ความร้อน 1 จูลในการแปลงของเหลว 1 กิโลกรัมให้เป็นไอที่อุณหภูมิคงที่ (แสดงโดยใช้สูตร (7.1a))

ตามตัวอย่าง เราสังเกตว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำที่อุณหภูมิ (100°C) เท่ากับ

เนื่องจากการกลายเป็นไอสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อใด อุณหภูมิที่แตกต่างกันคำถามเกิดขึ้น: ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของสารจะเปลี่ยนไปหรือไม่? ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอจะลดลง สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากของเหลวทั้งหมดจะขยายตัวเมื่อถูกความร้อน ระยะห่างระหว่างโมเลกุลเพิ่มขึ้นและแรงปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลลดลง นอกจากนี้ ยิ่งอุณหภูมิสูง พลังงานเฉลี่ยของโมเลกุลของเหลวก็จะยิ่งมากขึ้น และต้องเพิ่มพลังงานน้อยลงเพื่อให้สามารถบินเกินพื้นผิวของของเหลวได้

วัตถุประสงค์

การเรียนรู้และรวบรวมเนื้อหาทางทฤษฎีในหัวข้อหลักสูตรอุณหพลศาสตร์ "ไอน้ำ" รวมถึงการเรียนรู้วิธีการทดลองและการประมวลผลข้อมูลที่ได้รับ ทำความคุ้นเคยกับตาราง "คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของน้ำและไอน้ำ"

1. ศึกษาแผนภาพของการติดตั้งการทดลอง เปิดเครื่องและนำไปไว้ที่ระบบการระบายความร้อนแบบคงที่ที่กำหนด

2. ดำเนินการทดลองตามคำแนะนำด้านระเบียบวิธีกรอกตารางที่ 1

3. กำหนดความร้อนจำเพาะที่ใช้กับการทำให้กลายเป็นไอของน้ำในการทดลอง

4. สำหรับกระบวนการไอโซบาริกของการกลายเป็นไอ ให้กำหนดค่าตารางของพารามิเตอร์ของน้ำบนเส้นอิ่มตัวและไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งตลอดจนความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

5. คำนวณพลังงานภายในของของเหลวบนเส้นอิ่มตัวของไอสำหรับเงื่อนไขการทดลอง

6. คำนวณข้อผิดพลาดของค่าที่พบของความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอซึ่งสัมพันธ์กับค่าในตาราง

7. บรรยายถึงกระบวนการที่เกิดขึ้นในภาชนะ Dewar ในไดอะแกรม P-v และ T-s

8. สรุปผลการทำงาน

คำแนะนำด้านระเบียบวิธี

การเปลี่ยนผ่านของสารจากของเหลวไปเป็นสถานะก๊าซเรียกว่าการกลายเป็นไอ และการเปลี่ยนผ่านแบบย้อนกลับเรียกว่าการควบแน่น การต้มของเหลวเป็นกระบวนการของการกลายเป็นไอภายในของเหลวที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด t n, °C ซึ่งกำหนดโดยความดัน หากมีสถานะก๊าซและมีสถานะเป็นของเหลวของสารชนิดเดียวกัน จะเรียกว่าไอ เฟสก๊าซของระบบคือไอน้ำอิ่มตัวแห้ง และเฟสของเหลวเป็นของเหลวที่คงสถานะที่สอดคล้องกับการกลายเป็นไอ

ในระหว่างการกลายเป็นไอตามกระบวนการไอโซบาริก-ไอโซเทอร์มอล ตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ ความร้อนจำเพาะของการเปลี่ยนเฟส (ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ) r, J/kg

r = คุณ" - คุณ" + p (v" -v"), (1)

ร = ฉัน" - ฉัน" , (2)

คุณอยู่ที่ไหน", ฉัน", v" - ตามลำดับ พลังงานภายใน เอนทาลปี J/กก. และปริมาตรจำเพาะของไอน้ำอิ่มตัวแห้ง m 3 /กก.

u", i", v" - พลังงานภายในตามลำดับ, เอนทาลปี, J/kg และปริมาตรจำเพาะของของเหลวในสถานะอิ่มตัว m 3 /kg

ความดัน p, Pa ไม่ได้ทำเครื่องหมายด้วยดัชนีพิเศษเนื่องจากจะไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการเปลี่ยนเฟสทั้งหมดและเท่ากับความดันอิ่มตัว

ดังนั้นความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอจึงรวมถึงการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของสารและการทำงานของการเปลี่ยนแปลงปริมาตรระหว่างการเปลี่ยนเฟส

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอมีความสัมพันธ์เชิงหน้าที่กับพารามิเตอร์สถานะ สำหรับสารส่วนใหญ่ที่ใช้ในทางปฏิบัติ คุณสมบัติของของเหลวและไอที่เส้นอิ่มตัวจะถูกกำหนดและทำเป็นตาราง ตารางเหล่านี้แสดงค่าของ p และ t บนเส้นอิ่มตัวและค่าที่สอดคล้องกันของปริมาณ v", v", i", i", r, s", s" พลังงานภายในของของเหลวบนเส้นอิ่มตัว u", J/kg และไอน้ำอิ่มตัวแห้ง u", J/kg จะถูกกำหนดตามสมการ

คุณ" = ฉัน" -pv" (3)

คุณ" = ฉัน" -pv" (4)

การตั้งค่าทดลอง

การวาดภาพ. แผนภาพการตั้งค่าการทดลอง

การตั้งค่าการทดลอง (รูป) ประกอบด้วยขวด Dewar 1 พร้อมเครื่องทำความร้อนไฟฟ้า 2 โดยเทน้ำกลั่นส่วนหนึ่งจากภาชนะ 3 ซึ่งควบคุมโดยวาล์ว 4 เข้าไป ไอน้ำที่เกิดขึ้นในคอนเดนเซอร์ 5 ซึ่งน้ำประปาไหลผ่านจะหมุนไป ให้เป็นของเหลว การไหลของน้ำถูกควบคุมโดยวาล์ว 7 ตามไฟควบคุม 8 คอนเดนเสทที่ได้จะถูกรวบรวมในกระบอกวัด 9 บนแผงควบคุมมี: สวิตช์ "เครือข่าย" 10, โวลต์มิเตอร์ 11, แอมมิเตอร์ 12, สวิตช์โหมด 13; 6 - ช่องทางแก้ว

วิธีการทดลอง

1. เปิดการติดตั้งโดยหมุนสวิตช์ 10 ไปที่ตำแหน่ง “1”

2. ตรวจสอบการเติมของภาชนะ Dewar 1 โดยการตั้งค่าสวิตช์โหมด 13 ไปที่ตำแหน่ง “การเติม” หากสัญญาณไฟสีเขียว “เรือเต็ม” สว่างขึ้น คุณสามารถเริ่มการทดลองได้ มิฉะนั้นจะเติมน้ำกลั่นลงในภาชนะโดยเปิดวาล์วที่ 4 หลังจากไฟสัญญาณสีเขียวสว่างขึ้นแล้วให้ปิดภาชนะให้แน่น

3. หมุนสวิตช์ 13 ไปที่ตำแหน่ง “ทำความร้อน”

4. โดยการหมุนปุ่มเปลี่ยนหม้อแปลงอัตโนมัติ 14 ให้ตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าบนฮีตเตอร์ U, V (และกระแส I, A) ที่อาจารย์กำหนด

5. จ่ายน้ำหล่อเย็นให้กับคอนเดนเซอร์ 5 โดยเปิดวาล์ว 7 และปรับการไหลของน้ำตามไฟควบคุม 8

6. เมื่อสร้างโหมดน้ำเดือดคงที่ในภาชนะ Dewar (จะรวบรวมคอนเดนเสท 15-20 ซม. ในกระบอกตวง 9) ให้ดำเนินการควบคุมการรวบรวมคอนเดนเสทตามปริมาณที่ครูกำหนด (V, m 3) . ระยะเวลาของการรวบรวมการควบคุม t, s ถูกกำหนดโดยใช้นาฬิกาจับเวลา

7. ใช้บารอมิเตอร์กำหนดความดันบรรยากาศ Pa, mmHg

8. ป้อนข้อมูลการวัดลงในตารางการสังเกตและเซ็นชื่อโดยอาจารย์

9. เปิดการติดตั้งโดยหมุนสวิตช์ “0” ปิดวาล์ว 7 หมุนที่จับหม้อแปลงอัตโนมัติทวนเข็มนาฬิกาจนกระทั่งหยุด ระบายคอนเดนเสทลงในภาชนะ 3

ตารางที่ 1

หมายเลขการวัด			มม. rt. ศิลปะ.

การประมวลผลข้อมูลการทดลอง

1. คำนวณปริมาณความร้อนที่ใช้ไปกับการระเหยของน้ำ 1 กิโลกรัม r op, J/kg:

r op = (W - Q)  / (Vr),

โดยที่ W = UI - พลังงานความร้อน, W;

Q = 0.04W - การสูญเสียความร้อน, W;

r - ความหนาแน่นคอนเดนเสท kg/m3 เราใช้ r = 1,000 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร

2. สมมติว่าน้ำเดือดที่ความดันบรรยากาศ ให้กำหนดค่าตารางของพารามิเตอร์ของน้ำบนเส้นอิ่มตัวและไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งซึ่งป้อนไว้ในตารางที่ 2

ตารางที่ 2

	ฉัน", kJ/กก	S", กิโลจูล/(กก.K)		ฉัน", kJ/กก	S", J/(กก.K)

3. คำนวณค่าพลังงานภายในของน้ำบนเส้นอิ่มตัว u" และไอน้ำอิ่มตัวแห้ง u", kJ/kg โดยใช้สูตร (3) และ (4)

4. คำนวณค่าความผิดพลาด % ของค่าที่พบของความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ r op, kJ/kg เทียบกับค่า r ในตาราง kJ/kg โดยใช้สูตร:

D = (r op - r) 100 / r

5. แสดงกระบวนการที่เกิดขึ้นในภาชนะ Dewar แบบกราฟิกในไดอะแกรม P-v และ T-s

6. สรุปผลการทำงาน

คำถามสำหรับการเตรียมตนเอง

1. การระเหยของของเหลว สาระสำคัญของกระบวนการเดือดและการระเหยของของเหลว

2. กระบวนการไอโซบาริกของการเปลี่ยนของเหลวเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่งในแผนภาพ P-v และ T-s

3. เส้นโค้งขอบเขตที่มีระดับความแห้ง x = 0 และ x = 1 สถานะวิกฤตของสาร

4. แนวคิด: ของเหลวบนเส้นอิ่มตัว ไอน้ำอิ่มตัวแบบเปียก ไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้ง ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง

5. ความร้อนจำเพาะของการระเหยของของเหลว

6. ระดับความแห้ง ระดับความชื้นของไอน้ำ

7. ตารางคุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์ของน้ำและไอน้ำความหมาย

8. การกำหนดพารามิเตอร์ไอน้ำเปียก

9. แผนภาพ i-s ของไอน้ำ วัตถุประสงค์

10. กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ของไอน้ำในไดอะแกรม P-v, T-s, i-s

รายการบรรณานุกรม

1. วิศวกรรมความร้อน / เอ็ด A.P. Baskakova - ม.: Energoizdat, 1991. - 224 หน้า

2. แนชโชคิน วี.วี. เทคนิคอุณหพลศาสตร์และการถ่ายเทความร้อน- ม.:: บัณฑิตวิทยาลัย, 1980.- 496 น.

3. ยูดาเยฟ บี.เอ็น. อุณหพลศาสตร์ทางเทคนิค การถ่ายเทความร้อน - ม.: อุดมศึกษา, 2541. - 480 น.

4. ริฟคิน เอส.แอล., อเล็กซานดรอฟ เอ.เอ. ตารางคุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์ของน้ำและไอน้ำ - อ.: พลังงาน, 2523 - 408 หน้า

ความรู้นี้หายไปอย่างรวดเร็ว และผู้คนก็ค่อยๆ เลิกสนใจแก่นแท้ของปรากฏการณ์ที่คุ้นเคย บางครั้งการนึกถึงความรู้ทางทฤษฎีก็มีประโยชน์

คำนิยาม

เดือดอะไร? นี้ กระบวนการทางกายภาพในระหว่างที่มีการกลายเป็นไออย่างรุนแรงเกิดขึ้นทั้งบนพื้นผิวอิสระของของเหลวและภายในโครงสร้าง สัญญาณของการเดือดอย่างหนึ่งคือการก่อตัวของฟองซึ่งประกอบด้วยไอน้ำและอากาศอิ่มตัว

เป็นที่น่าสังเกตว่าการมีอยู่ของแนวคิดเช่นจุดเดือด อัตราการเกิดไอน้ำยังขึ้นอยู่กับแรงดันด้วย มันจะต้องเป็นแบบถาวร ตามกฎแล้วลักษณะสำคัญของของเหลว สารเคมีคือจุดเดือดที่ความดันบรรยากาศปกติ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้อาจได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่างๆ เช่น ความรุนแรง คลื่นเสียง, อากาศไอออไนเซชัน

ขั้นตอนการต้มน้ำ

ไอน้ำจะเริ่มก่อตัวอย่างแน่นอนในระหว่างขั้นตอน เช่น การทำความร้อน การต้มเกี่ยวข้องกับการผ่านของของเหลวผ่าน 4 ขั้นตอน:

1. ฟองอากาศเล็กๆ เริ่มก่อตัวที่ด้านล่างของภาชนะ รวมถึงบนผนังด้วย นี่เป็นผลมาจากการที่รอยแตกในวัสดุที่ใช้ทำภาชนะนั้นมีอากาศซึ่งขยายตัวภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูง
2. ฟองอากาศเริ่มมีปริมาตรเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ฟองสบู่แตกขึ้นสู่ผิวน้ำ หากของเหลวชั้นบนสุดยังไม่ถึงจุดเดือด โพรงต่างๆ จะจมลงสู่ด้านล่าง หลังจากนั้นพวกมันจะเริ่มพุ่งขึ้นอีกครั้ง กระบวนการนี้ส่งผลให้เกิดคลื่นเสียง นี่คือสาเหตุที่เราได้ยินเสียงรบกวนเมื่อน้ำเดือด
3. ลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ จำนวนมากที่สุดฟองสบู่ที่สร้างความประทับใจ หลังจากนั้นของเหลวจะซีดลง เมื่อพิจารณาถึงเอฟเฟ็กต์ภาพ ขั้นตอนการเดือดนี้เรียกว่า "คีย์สีขาว"
4. สังเกตเห็นการเดือดอย่างรุนแรงซึ่งมาพร้อมกับการก่อตัวของฟองอากาศขนาดใหญ่ที่แตกออกอย่างรวดเร็ว กระบวนการนี้มาพร้อมกับการกระเซ็นและการเกิดไอน้ำที่รุนแรง

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

เกือบทุกวันเราต้องเผชิญกับปรากฏการณ์เช่นนี้เดือด ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอคือ ปริมาณทางกายภาพซึ่งกำหนดปริมาณความร้อน ด้วยความช่วยเหลือสารของเหลวสามารถเปลี่ยนเป็นไอได้ ในการคำนวณพารามิเตอร์นี้ คุณต้องแบ่งความร้อนของการระเหยด้วยมวล

การวัดเกิดขึ้นได้อย่างไร?

ตัวบ่งชี้เฉพาะจะวัดในสภาพห้องปฏิบัติการโดยทำการทดลองที่เหมาะสม ซึ่งรวมถึงสิ่งต่อไปนี้:

• วัดปริมาณของเหลวที่ต้องการซึ่งเทลงในเครื่องวัดความร้อน
• ทำการวัดอุณหภูมิน้ำเบื้องต้น
• ติดตั้งขวดที่มีสารทดสอบไว้ก่อนหน้านี้บนหัวเผา
• ไอที่ปล่อยออกมาจากสารทดสอบจะถูกปล่อยเข้าสู่เครื่องวัดความร้อน
• วัดอุณหภูมิของน้ำอีกครั้ง
• ชั่งน้ำหนักแคลอริมิเตอร์ซึ่งช่วยให้คำนวณมวลของไอน้ำควบแน่นได้

โหมดการต้มฟอง

เมื่อต้องรับมือกับคำถามที่ว่าการเดือดคืออะไร เป็นที่น่าสังเกตว่ามันมีหลายโหมด ดังนั้นเมื่อถูกความร้อน ไอน้ำจึงอาจเกิดเป็นฟองได้ พวกมันเติบโตและระเบิดเป็นระยะ รูปแบบการเดือดนี้เรียกว่าการเดือดแบบนิวเคลียส โดยทั่วไปแล้ว โพรงที่เต็มไปด้วยไอน้ำจะเกิดขึ้นที่ผนังของถังอย่างแม่นยำ นี่เป็นเพราะว่าพวกเขามักจะร้อนเกินไป นี้ สภาพที่จำเป็นสำหรับการต้มเพราะไม่เช่นนั้นฟองจะยุบลงจนไม่ได้ขนาดใหญ่

โหมดการต้มฟิล์ม

เดือดอะไร? วิธีที่ง่ายที่สุดในการอธิบายกระบวนการนี้คือการกลายเป็นไอที่อุณหภูมิหนึ่งและความดันคงที่ นอกจากโหมดบับเบิ้ลแล้วยังมีโหมดฟิล์มอีกด้วย สาระสำคัญอยู่ที่ว่าเมื่อความร้อนเพิ่มขึ้น ฟองอากาศแต่ละฟองจะรวมกันเป็นชั้นไอบนผนังของถัง เมื่อถึงตัวชี้วัดวิกฤต พวกมันจะทะลุผ่านผิวน้ำ โหมดนี้การเดือดแตกต่างกันตรงที่ระดับการถ่ายเทความร้อนจากผนังของภาชนะไปยังของเหลวนั้นลดลงอย่างมาก เหตุผลก็คือฟิล์มไอเดียวกัน

อุณหภูมิเดือด

เป็นที่น่าสังเกตว่าจุดเดือดขึ้นอยู่กับความดันที่กระทำบนพื้นผิวของของเหลวที่ให้ความร้อน ดังนั้นจึงเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าน้ำจะเดือดเมื่อได้รับความร้อนถึง 100 องศาเซลเซียส อย่างไรก็ตาม ตัวบ่งชี้นี้จะถือว่ายุติธรรมได้ก็ต่อเมื่อตัวบ่งชี้นั้น ความดันบรรยากาศจะถือว่าปกติ (101 kPa) หากเพิ่มขึ้นจุดเดือดก็จะเปลี่ยนสูงขึ้นเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ในกระทะหม้ออัดแรงดันยอดนิยมจะมีแรงดันประมาณ 200 kPa ดังนั้นจุดเดือดจึงเพิ่มขึ้น 20 จุด (สูงถึง 20 องศา)

ตัวอย่างของความกดอากาศต่ำคือพื้นที่ภูเขา เนื่องจากที่นั่นมีขนาดเล็ก น้ำจึงเริ่มเดือดที่อุณหภูมิประมาณ 90 องศา ผู้อยู่อาศัยในพื้นที่ดังกล่าวต้องใช้เวลาในการเตรียมอาหารมากขึ้น ตัวอย่างเช่น ในการต้มไข่ คุณจะต้องให้น้ำร้อนอย่างน้อย 100 องศา ไม่เช่นนั้นไข่ขาวจะไม่จับตัวเป็นก้อน

จุดเดือดของสารขึ้นอยู่กับความดันไออิ่มตัว ผลกระทบต่ออุณหภูมิเป็นสัดส่วนผกผัน เช่น ปรอทจะเดือดเมื่อถูกความร้อนถึง 357 องศาเซลเซียส สิ่งนี้สามารถอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าความดันไออิ่มตัวเพียง 114 Pa (สำหรับน้ำตัวเลขนี้คือ 101,325 Pa)

การต้มภายใต้สภาวะต่างๆ

จุดเดือดอาจแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับสภาวะและสถานะของของเหลว ตัวอย่างเช่นควรเติมเกลือลงในของเหลว คลอรีนและโซเดียมไอออนวางอยู่ระหว่างโมเลกุลของน้ำ ดังนั้นการต้มจึงต้องอาศัยพลังงานเพิ่มขึ้นตามลำดับและด้วยเหตุนี้จึงต้องใช้เวลามากขึ้นด้วย นอกจากนี้น้ำดังกล่าวยังผลิตไอน้ำน้อยกว่ามาก

กาต้มน้ำใช้ต้มน้ำที่บ้าน หากใช้ของเหลวบริสุทธิ์ อุณหภูมิของกระบวนการนี้จะอยู่ที่ 100 องศามาตรฐาน ภายใต้สภาวะที่คล้ายกัน น้ำกลั่นจะเดือด อย่างไรก็ตามจะใช้เวลาน้อยลงเล็กน้อยเนื่องจากไม่มีสิ่งเจือปนจากต่างประเทศ

ความแตกต่างระหว่างการต้มและการระเหยคืออะไร?

เมื่อใดก็ตามที่น้ำเดือด ไอน้ำจะถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ แต่ไม่สามารถระบุกระบวนการทั้งสองนี้ได้ เป็นเพียงวิธีการระเหยที่เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขบางประการเท่านั้น ดังนั้นการต้มจึงเป็นประเภทแรก กระบวนการนี้มีความเข้มข้นมากกว่าที่เกิดจากการก่อตัวของฟองไอน้ำ นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่ากระบวนการระเหยเกิดขึ้นเฉพาะบนผิวน้ำเท่านั้น การเดือดเกี่ยวข้องกับปริมาตรของเหลวทั้งหมด

การระเหยขึ้นอยู่กับอะไร?

การระเหยเป็นกระบวนการเปลี่ยนของเหลวหรือของแข็งให้เป็น สถานะก๊าซ. มี "การบิน" ของอะตอมและโมเลกุลซึ่งการเชื่อมต่อกับอนุภาคอื่น ๆ จะอ่อนแอลงภายใต้อิทธิพลของเงื่อนไขบางประการ อัตราการระเหยอาจแตกต่างกันเนื่องจากปัจจัยต่อไปนี้:

• พื้นที่ผิวของของเหลว
• อุณหภูมิของสารเองตลอดจนสิ่งแวดล้อม
• ความเร็วการเคลื่อนที่ของโมเลกุล
• ประเภทของสาร

ผู้คนใช้พลังงานน้ำเดือดกันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวัน กระบวนการนี้กลายเป็นเรื่องธรรมดาและคุ้นเคยจนไม่มีใครคิดถึงธรรมชาติและคุณลักษณะของมัน อย่างไรก็ตาม มีข้อเท็จจริงที่น่าสนใจหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการเดือด:

• ทุกคนคงสังเกตเห็นว่ามีรูอยู่ที่ฝากาต้มน้ำ แต่มีเพียงไม่กี่คนที่คิดถึงจุดประสงค์ของมัน ทำขึ้นโดยมีจุดประสงค์เพื่อระบายไอน้ำบางส่วน มิฉะนั้นน้ำอาจกระเซ็นผ่านพวยกาได้
• ระยะเวลาในการปรุงมันฝรั่ง ไข่ และผลิตภัณฑ์อาหารอื่นๆ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความแรงของฮีตเตอร์ สิ่งที่สำคัญคือพวกเขาต้องสัมผัสกับน้ำเดือดนานแค่ไหน
• ตัวบ่งชี้เช่นจุดเดือดจะไม่ได้รับผลกระทบใด ๆ จากพลังของอุปกรณ์ทำความร้อน อาจส่งผลต่ออัตราการระเหยของของเหลวเท่านั้น
• การต้มไม่ใช่แค่การต้มน้ำร้อนเท่านั้น กระบวนการนี้อาจทำให้ของเหลวแข็งตัวได้ ดังนั้นในระหว่างกระบวนการเดือดจึงจำเป็นต้องสูบอากาศออกจากถังอย่างต่อเนื่อง
• หนึ่งในที่สุด ปัญหาในปัจจุบันสำหรับแม่บ้านก็คือนมสามารถ “หนี” ได้ ดังนั้นความเสี่ยงของปรากฏการณ์นี้จะเพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงสภาพอากาศที่เลวร้ายลงซึ่งมาพร้อมกับความกดอากาศที่ลดลง
• น้ำเดือดที่ร้อนที่สุดนั้นได้มาจากเหมืองใต้ดินลึก
• โดย การวิจัยเชิงทดลองนักวิทยาศาสตร์สามารถพิสูจน์ได้ว่าน้ำบนดาวอังคารเดือดที่อุณหภูมิ 45 องศาเซลเซียส

น้ำสามารถต้มที่อุณหภูมิห้องได้หรือไม่?

ด้วยการคำนวณง่ายๆ นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุได้ว่าน้ำสามารถเดือดได้ที่ระดับสตราโตสเฟียร์ เงื่อนไขที่คล้ายกันสามารถสร้างขึ้นใหม่ได้โดยใช้ปั๊มสุญญากาศ อย่างไรก็ตาม การทดลองที่คล้ายกันสามารถดำเนินการได้ในสภาวะที่เรียบง่ายและธรรมดากว่า

ในขวดลิตรคุณต้องต้มน้ำ 200 มล. และเมื่อเต็มภาชนะด้วยไอน้ำจะต้องปิดให้แน่นและนำออกจากความร้อน เมื่อวางไว้เหนือเครื่องตกผลึกแล้ว คุณต้องรอจนกว่ากระบวนการเดือดจะสิ้นสุด จากนั้นเทน้ำเย็นลงในขวด หลังจากนั้นจะเริ่มเดือดในภาชนะอีกครั้ง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิต่ำ ไอน้ำที่อยู่ในส่วนบนของขวดจะลดลง