Tutti hanno familiarità con l'immagine: c'è una pentola d'acqua sul fornello sul fuoco. L'acqua fredda diventa gradualmente calda, quindi sulla sua superficie compaiono le prime bolle e presto tutto ribolle allegramente. Qual è il calore di vaporizzazione dell'acqua? Alcuni di noi ricordano dal curriculum scolastico che la temperatura dell'acqua a pressione atmosferica naturale non può superare i 100 °C. E chi non ricorda o non crede può utilizzare l'apposito termometro e assicurarsi, osservando le misure di sicurezza.
Ma come può essere? Dopotutto, il fuoco brucia ancora sotto la pentola, cede la sua energia al liquido e dove va se non scalda l'acqua? Risposta: L'energia viene utilizzata per trasformare l'acqua in vapore.
Dove va l'energia
Nella vita ordinaria, siamo abituati ai tre stati della materia che ci circonda: solido, liquido e gas. Allo stato solido, le molecole sono rigidamente fissate nel reticolo cristallino. Ma questo non significa la loro completa immobilità, a qualsiasi temperatura, purché sia almeno un grado superiore a -273°C (questo è lo zero assoluto), le molecole vibrano. Inoltre, l'ampiezza della vibrazione dipende dalla temperatura. Quando riscaldato, l'energia viene trasferitaparticelle di una sostanza, e questi movimenti caotici diventano più intensi, per poi raggiungere una tale forza in un certo momento che le molecole lasciano i nidi del reticolo - la sostanza diventa un liquido.
Nello stato liquido, le molecole sono strettamente legate tra loro dalla forza di attrazione, sebbene non siano fissate in un certo punto dello spazio. Con l'ulteriore accumulo di calore da parte della sostanza, le vibrazioni caotiche di una parte delle molecole diventano così grandi che la forza di attrazione reciproca delle molecole viene superata e volano via. La temperatura della sostanza smette di salire, tutta l'energia viene ora trasferita al successivo e al successivo lotto di particelle e così, passo dopo passo, tutta l'acqua della pentola riempie la cucina sotto forma di vapore.
Ogni sostanza richiede una certa quantità di energia per svolgere questo processo. Il calore di vaporizzazione dell'acqua, come altri liquidi, è finito e ha valori specifici.
In quali unità viene misurata
Qualsiasi energia (anche il movimento, anche il calore) viene misurata in joule. Joule (J) prende il nome dal famoso scienziato James Joule. Numericamente, si può ottenere un'energia di 1 J se un certo corpo viene spinto a una distanza di 1 metro con una forza di 1 Newton.
In precedenza, per misurare il calore, usavano un concetto come "calorie". Si credeva che il calore fosse una sostanza così fisica che può fluire dentro o fuori da qualsiasi corpo. Più è "filtrato" nel corpo fisico, più è caldo. Nei vecchi libri di testo puoi ancora trovare questa quantità fisica. Ma non è difficile convertirlo in joule, basta moltiplicare per 4,19.
L'energia richiesta per convertire i liquidi in gas è chiamata calore specifico di vaporizzazione. Ma come calcolarlo? Una cosa è trasformare una provetta d'acqua in vapore, un' altra è trasformare il serbatoio del motore a vapore di un'enorme nave.
Quindi, ad esempio, per H2O, in termotecnica operano con il concetto di "calore specifico di vaporizzazione dell'acqua" (J/kg - unità di misura). E la parola chiave qui è "specifico". Viene considerata la quantità di energia necessaria per trasformare 1 kg di sostanza liquida in vapore.
Il valore è indicato dalla lettera latina L. Il valore è misurato in joule per 1 kg.
Quanta energia richiede l'acqua
Il calore specifico di vaporizzazione dell'acqua si misura come segue: la quantità di N viene versata nel contenitore, portata ad ebollizione. L'energia spesa per la vaporizzazione di un litro d'acqua sarà il valore desiderato.
Misurando qual è il calore specifico di vaporizzazione dell'acqua, gli scienziati sono rimasti leggermente sorpresi. Per trasformarsi in gas, l'acqua richiede più energia di tutti i liquidi comuni sulla Terra: l'intera linea di alcoli, gas liquefatti e anche più di metalli come mercurio e piombo.
Quindi, il calore di vaporizzazione dell'acqua è risultato essere di 2,26 mJ/kg. Per confronto:
- per il mercurio - 0,282 mJ/kg;
- piombo ha 0,855 mJ/kg.
E se fosse il contrario?
Cosa succede se inverti il processo e fai condensare il liquido? Niente di speciale, c'è una conferma della legge di conservazione dell'energia: quando ne condensa unadi un chilogrammo di liquido dal vapore, viene rilasciata esattamente la stessa quantità di calore necessaria per trasformarlo di nuovo in vapore. Pertanto, il termine "calore specifico di vaporizzazione e condensazione" si trova più spesso nelle tabelle di riferimento.
A proposito, il fatto che il calore venga assorbito durante l'evaporazione viene utilizzato con successo negli elettrodomestici e negli elettrodomestici per creare il freddo artificiale.
