Випаровування може відбуватися не тільки в результаті випаровування, але і при кипінні. Розглянемо кипіння з енергетичної точки зору.
У рідині завжди розчинено деяку кількість повітря. При нагріванні рідини кількість розчиненого в ній газу зменшується, внаслідок чого частина його виділяється у вигляді маленьких бульбашок на дні і стінках посудини і на зважених в рідини нерозчинених твердих частинках. Відбувається випаровування рідини в середину цих повітряних бульбашок. Згодом пари в них стають насиченими. При подальшому нагріванні збільшуються тиск насиченої пари всередині бульбашок і їх обсяг. Коли тиск пари всередині бульбашок стає рівним атмосферному, вони під дією сили, що виштовхує Архімеда піднімаються на поверхню рідини, лопаються, і з них виходить пар. Випаровування, що відбувається одночасно і з поверхні рідини і всередині самої рідини в повітряні бульбашки, називається кипінням. Температура, при якій тиск насичених парів в бульбашках стає дорівнює зовнішньому тиску, називається температурою кипіння.
Так як при однакових температурах тиску насичених парів різноманітних рідин різні, то при різних температурах вони стають рівними атмосферному тиску. Це призводить до того, що різні рідини киплять при різних температурах. Дана властивість рідин використовується при сублімації нафтопродуктів. При нагріванні нафти першими випаровуються найбільш цінні, летючі її частини (бензин), які таким чином відокремлюються від "важких" залишків (масел, мазуту).
З того, що кипіння настає, коли тиск насичених парів одно зовнішньому тиску на рідину, слід, що температура кипіння рідини залежить від зовнішнього тиску. Якщо воно збільшено, то рідина кипить при більш високій температурі, так як для досягнення такого тиску насиченим парам необхідна більш висока температура. Навпаки, при зниженому тиску рідина кипить при більш низькій температурі. У цьому можна переконатися на досвіді. Нагріємо воду в колбі до кипіння і приберемо спиртівку (рис. 37, а). Кипіння води припиняється. Закривши пробкою колбу, почнемо насосом видаляти з неї повітря і пари води, зменшуючи тим самим тиск на воду, яка в "результаті цього закипає. Змусивши її кипіти у відкритій колбі, накачуванням повітря в колбу збільшимо тиск на воду (рис. 37, б) . Кипіння її припиняється. при тиску 1 атм вода кипить при 100 ° С, а при 10 атм - при 180 ° С. Ця залежність використовується, наприклад в автоклавах, в медицині для стерилізації, в кулінарії для прискорення варіння харчових продуктів.
Щоб рідина почала кипіти, її слід нагріти до температури кипіння. Для цього треба рідини повідомити енергію, наприклад кількість теплоти Q = cm (t ° до - t ° 0). При кипінні температура рідини залишається постійною. Так відбувається тому, що повідомляється при кипінні кількість теплоти витрачається нема на збільшення кінетичної енергії молекул рідини, а на роботу розриву молекулярних зв'язків, т. Е. На пароутворення. При конденсації пар за законом збереження енергії віддає в навколишнє середовище таку кількість теплоти, яке було витрачено на пароутворення. Конденсація відбувається при температурі кипіння, яка в процесі конденсації залишається постійною. (Поясніть чому).
Складемо рівняння теплового балансу при паротворенні і конденсації. Пар, взятий при температурі кипіння рідини, по трубці А. надходить в воду, що знаходиться в калориметр (рис. 38, а), конденсується в ній, віддаючи їй витрачений на його отримання кількість теплоти. Вода і калориметр отримують при цьому кількість теплоти не тільки від конденсації пари, але і від рідини, яка при цьому виходить з нього. Дані фізичних величин наведені в табл. 3.
Конденсується пар віддав кількість теплоти Q п = rm3 (рис. 38, б). Рідина, отримана з пара, охолодити від t ° 3 до θ °, віддала кількість теплоти Q3 = c2m3 (t3 ° - θ °).
Калориметр і вода, нагріваючись від t ° 2 до θ ° (рис. 38, в), отримали кількість теплоти
Q1 = c1m1 (θ ° - t ° 2); Q2 = c2m2 (θ ° - t ° 2).
На підставі закону збереження і перетворення енергії
Qп + Q3 = Q1 + Q2,
або
rm3 + c2m3 (t ° 2 - θ °) = c1m1 (θ ° - t ° 2) + c2m2 (θ ° - t ° 2).
Це рівняння називається рівнянням теплового балансу при паротворенні і конденсації.
Завдання 14. Перед тим як подати колоду в лісопильну раму, його в зимовий час звільняють від снігу і льоду, для чого воно деякий час знаходиться в басейні, вода якого підігрівається парою. Розрахувати, скільки 100-градусного пара витрачається за зміну для плавлення 5 т снігу і льоду і нагрівання води, отриманої з них. Температура повітря -20 ° С; кінцева температура води в басейні стала 30 ° С. Маса води в басейні 10 т, при роботі басейну її температура підвищується на 5 ° С.
Згідно із законом збереження енергії:
Звідси
обчислимо
Відп .: m1 ≈ 900 кг.
