Obrázok pozná každý: na sporáku v ohni je hrniec s vodou. Studená voda sa postupne stáva horúcou, takže sa na jej povrchu objavia prvé bublinky a čoskoro to všetko veselo vrie. Aké je teplo vyparovania vody? Niektorí z nás si zo školských osnov pamätajú, že teplota vody pri prirodzenom atmosférickom tlaku nemôže prekročiť 100 °C. A tí, ktorí si nepamätajú alebo neveria, môžu použiť vhodný teplomer a presvedčiť sa pri dodržaní bezpečnostných opatrení.
Ale ako je to možné? Oheň totiž stále horí pod panvicou, odovzdáva svoju energiu tekutine a kam ide, keď nezohrieva vodu? Odpoveď: Energia sa používa na premenu vody na paru.
Kam ide energia
V bežnom živote sme zvyknutí na tri stavy hmoty okolo nás: tuhá látka, kvapalina a plyny. V pevnom stave sú molekuly pevne fixované v kryštálovej mriežke. To ale neznamená ich úplnú nehybnosť, pri akejkoľvek teplote, pokiaľ je aspoň o stupeň vyššia ako -273 °C (to je absolútna nula), molekuly vibrujú. Okrem toho amplitúda vibrácií závisí od teploty. Pri zahrievaní sa prenáša energiačastice látky a tieto chaotické pohyby sa zintenzívnia a potom v určitom okamihu dosiahnu takú silu, že molekuly opustia hniezda mriežky - látka sa stane kvapalinou.
V kvapalnom stave sú molekuly navzájom úzko spojené silou príťažlivosti, hoci nie sú fixované v určitom bode v priestore. S ďalšou akumuláciou tepla látkou sa chaotické vibrácie časti molekúl stanú takými veľkými, že sa prekoná sila príťažlivosti molekúl k sebe a tie sa rozletia. Teplota hmoty prestane stúpať, všetka energia sa teraz prenáša na ďalšiu a ďalšiu dávku častíc, a tak krok za krokom všetka voda z panvice naplní kuchyňu vo forme pary.
Každá látka vyžaduje na uskutočnenie tohto procesu určité množstvo energie. Teplo vyparovania vody, podobne ako iných kvapalín, je konečné a má špecifické hodnoty.
V akých jednotkách sa meria
Akákoľvek energia (aj pohyb, dokonca aj teplo) sa meria v jouloch. Joule (J) je pomenovaný po slávnom vedcovi Jamesovi Jouleovi. Číselne možno energiu 1 J získať, ak sa určité teleso zatlačí vo vzdialenosti 1 metra silou 1 Newton.
Predtým na meranie tepla používali taký koncept ako „kalórie“. Verilo sa, že teplo je taká fyzická látka, ktorá môže prúdiť dovnútra alebo von z akéhokoľvek tela. Čím viac „presakuje“do fyzického tela, tým je horúcejšie. V starých učebniciach ešte stále nájdete túto fyzikálnu veličinu. Ale nie je ťažké to previesť na jouly, stačí vynásobiť 4,19.
Energia potrebná na premenu kvapalín na plyny sa nazýva špecifické teplo vyparovania. Ale ako to vypočítať? Jedna vec je premeniť skúmavku s vodou na paru a druhá vec je premeniť obrovskú nádrž parného motora.
Preto napríklad pre H2O v tepelnej technike pracujú s pojmom „merné skupenské teplo vyparovania vody“(J / kg - merná jednotka). A kľúčové slovo je tu „špecifické“. Považuje sa za množstvo energie, ktoré je potrebné na premenu 1 kg tekutej látky na paru.
Hodnota je označená latinským písmenom L. Hodnota sa meria v jouloch na 1 kg.
Koľko energie potrebuje voda
Merné výparné teplo vody sa meria takto: množstvo N sa naleje do nádoby a privedie do varu. Energia vynaložená na odparenie litra vody bude požadovaná hodnota.
Pri meraní merného tepla vyparovania vody boli vedci mierne prekvapení. Aby sa voda zmenila na plyn, potrebuje viac energie ako všetky kvapaliny bežné na Zemi: celý rad alkoholov, skvapalnených plynov a dokonca viac ako kovy, ako je ortuť a olovo.
Výparné teplo vody sa teda ukázalo byť 2,26 mJ/kg. Pre porovnanie:
- pre ortuť – 0,282 mJ/kg;
- olovo má 0,855 mJ/kg.
Čo ak je to naopak?
Čo sa stane, ak proces otočíte a kvapalina skondenzuje? Nič zvláštne, existuje potvrdenie zákona zachovania energie: pri kondenzácii jednejkilogramu kvapaliny z pary sa uvoľní presne také množstvo tepla, aké je potrebné na jej premenu späť na paru. Preto výraz „merné teplo vyparovania a kondenzácie“sa častejšie vyskytuje v referenčných tabuľkách.
Mimochodom, skutočnosť, že sa teplo absorbuje počas vyparovania, sa úspešne využíva v domácich a priemyselných spotrebičoch na vytváranie umelého chladu.
