Dipendenza della pressione del vapore saturo dalla temperatura. Bollente - Ipermercato della conoscenza. Problemi inventivi Come far bollire un liquido raffreddando un recipiente

>>Fisica: Dipendenza della pressione del vapore di saturazione dalla temperatura. Bollente

Il liquido non evapora. Bolle a una certa temperatura.
Pressione di vapore saturo rispetto alla temperatura. Lo stato del vapore saturo, come mostra l'esperienza (ne abbiamo parlato nel paragrafo precedente), è approssimativamente descritto dall'equazione di stato di un gas ideale (10.4), e la sua pressione è determinata dalla formula

All'aumentare della temperatura, la pressione aumenta. Perché La pressione del vapore saturo non dipende dal volume, quindi dipende solo dalla temperatura.
Tuttavia, la dipendenza r np da T, trovato sperimentalmente, non è direttamente proporzionale, come in un gas ideale a volume costante. All'aumentare della temperatura, la pressione di un vero vapore saturo aumenta più velocemente della pressione di un gas ideale ( fig.11.1, sezione della curva AB). Questo diventa ovvio se disegniamo le isocore di un gas ideale attraverso i punti MA e IN(linee tratteggiate). Perché sta succedendo?

Quando un liquido viene riscaldato in un recipiente chiuso, parte del liquido si trasforma in vapore. Di conseguenza, secondo la formula (11.1) la pressione del vapore saturo aumenta non solo per un aumento della temperatura del liquido, ma anche per un aumento della concentrazione di molecole (densità) del vapore. Fondamentalmente, l'aumento della pressione all'aumentare della temperatura è determinato proprio dall'aumento della concentrazione. La principale differenza nel comportamento di un gas ideale e di un vapore saturo è che quando la temperatura del vapore in un recipiente chiuso cambia (o quando il volume cambia a temperatura costante), la massa del vapore cambia. Il liquido si trasforma parzialmente in vapore o, al contrario, il vapore condensa parzialmente. Niente del genere accade con un gas ideale.
Quando tutto il liquido sarà evaporato, il vapore cesserà di essere saturo dopo un ulteriore riscaldamento e la sua pressione a volume costante aumenterà in proporzione diretta alla temperatura assoluta (vedi Fig. fig.11.1, sezione della curva sole).
. All'aumentare della temperatura del liquido, aumenta la velocità di evaporazione. Infine, il liquido inizia a bollire. Durante l'ebollizione, si formano bolle di vapore in rapida crescita in tutto il volume del liquido, che galleggiano in superficie. Il punto di ebollizione di un liquido rimane costante. Questo perché tutta l'energia fornita al liquido viene spesa per trasformarlo in vapore. In quali condizioni inizia l'ebollizione?
Nel liquido sono sempre presenti gas disciolti, che si liberano sul fondo e sulle pareti del recipiente, nonché sulle particelle di polvere sospese nel liquido, che sono i centri di vaporizzazione. I vapori liquidi all'interno delle bolle sono saturi. All'aumentare della temperatura, la pressione del vapore aumenta e le bolle aumentano di dimensione. Sotto l'azione della forza di galleggiamento, galleggiano. Se gli strati superiori del liquido ne hanno di più bassa temperatura, quindi in questi strati il ​​vapore condensa nelle bolle. La pressione diminuisce rapidamente e le bolle collassano. Il collasso è così veloce che le pareti della bolla, scontrandosi, producono qualcosa come un'esplosione. Molte di queste microesplosioni creano un rumore caratteristico. Quando il liquido si scalda abbastanza, le bolle smettono di collassare e galleggiano in superficie. Il liquido bollirà. Guarda attentamente il bollitore sul fornello. Scoprirai che quasi smette di fare rumore prima di bollire.
La dipendenza della pressione del vapore di saturazione dalla temperatura spiega perché il punto di ebollizione di un liquido dipende dalla pressione sulla sua superficie. Una bolla di vapore può crescere quando la pressione del vapore saturo al suo interno supera leggermente la pressione nel liquido, che è la somma della pressione dell'aria sulla superficie del liquido (pressione esterna) e della pressione idrostatica della colonna di liquido.
Prestiamo attenzione al fatto che l'evaporazione di un liquido avviene a temperature inferiori al punto di ebollizione, e solo dalla superficie del liquido; durante l'ebollizione, la formazione di vapore avviene su tutto il volume del liquido.
L'ebollizione inizia a una temperatura alla quale la pressione del vapore saturo nelle bolle è uguale alla pressione nel liquido.
Maggiore è la pressione esterna, maggiore è il punto di ebollizione. Quindi, in una caldaia a vapore ad una pressione che raggiunge 1,6 10 6 Pa, l'acqua non bolle nemmeno a una temperatura di 200°C. Nelle istituzioni mediche in vasi ermeticamente chiusi - autoclavi ( fig.11.2) anche l'acqua bolle a pressione elevata. Pertanto, il punto di ebollizione del liquido è molto superiore a 100°C. Le autoclavi vengono utilizzate per sterilizzare strumenti chirurgici, ecc.

E viceversa, riducendo la pressione esterna, abbassiamo così il punto di ebollizione. Pompando aria e vapore acqueo dal pallone, puoi far bollire l'acqua temperatura ambiente (fig.11.3). Man mano che si scalano le montagne, la pressione atmosferica diminuisce, quindi il punto di ebollizione diminuisce. Ad un'altitudine di 7134 m (Picco Lenin nel Pamirs), la pressione è di circa 4 10 4 Pa ​​(300 mm Hg). L'acqua bolle a circa 70°C. È impossibile cuocere la carne in queste condizioni.

Ogni liquido ha il suo punto di ebollizione, che dipende dalla pressione del suo vapore saturo. Maggiore è la pressione del vapore saturo, minore è il punto di ebollizione del liquido, poiché a temperature inferiori la pressione del vapore saturo diventa uguale alla pressione atmosferica. Ad esempio, a un punto di ebollizione di 100 ° C, la pressione del vapore acqueo saturo è 101.325 Pa (760 mm Hg) e il vapore di mercurio è solo 117 Pa (0,88 mm Hg). Il mercurio bolle a 357°C a pressione normale.
Un liquido bolle quando la sua pressione di vapore saturo diventa uguale alla pressione all'interno del liquido.

???
1. Perché il punto di ebollizione aumenta all'aumentare della pressione?
2. Perché è essenziale che l'ebollizione aumenti la pressione del vapore saturo nelle bolle e non la pressione dell'aria presente in esse?
3. Come far bollire un liquido raffreddando la nave? (Questa è una domanda difficile.)

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Grado di fisica 10

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Se hai correzioni o suggerimenti per questa lezione,

Senza alcun dubbio, la fisica è una delle scienze più interessanti. Anche gli esperimenti più inutili possono essere piuttosto eccitanti allo stesso tempo. Ad esempio, la bollitura di un liquido quando è raffreddato da un lato sembra incredibile. Dopotutto, per farlo liquido bollito va scaldato, ma non raffreddato, come si pensava. Ma tutto è possibile. Un tale esperimento non richiede alcuno speciale liquido, è adatta anche l'acqua normale, devi solo creare condizioni speciali.

Avrai bisogno

• Boccetta, acqua, bruciatore a gas, treppiede.

Istruzione

Versare la normale acqua del rubinetto nel pallone, riempirlo di circa metà del livello. Dopodiché, metti la fiaschetta sul fornello a gas e scalda l'acqua fino a quando non bolle.

Quando l'acqua nel flacone bolle, spegnere il fuoco e attendere che l'ebollizione si fermi. Sigillare bene il pallone con un tappo di gomma e fissarlo nel supporto del treppiede capovolgendolo.

Quindi, inizia ad annaffiare il fondo della fiaschetta acqua fredda. Meglio ti raffreddi nave più chiara sarà l'esperienza. Le bolle saliranno sulla superficie dell'acqua, l'acqua nel pallone bollirà una volta raffreddata. Ciò può essere spiegato dal fatto che il vapore acqueo all'interno nave e una volta raffreddate, iniziano a condensare sulle pareti del pallone. Per questo motivo, la pressione del vapore acqueo all'interno del pallone inizia a diminuire. A pressione ridotta, l'acqua inizia a bollire non a cento gradi Celsius, ma a una temperatura inferiore. Poiché l'acqua non si è ancora completamente raffreddata e la pressione è entrata nave E è caduto, quindi l'ebollizione si verifica quando si è raffreddato.

Nota

Per questo esperimento, è meglio usare una fiaschetta di vetro resistente al calore. Quando un recipiente caldo viene raffreddato con acqua fredda, il vetro normale può rompersi a causa di un forte calo di temperatura e l'esperimento non avrà luogo.

Per la maggior parte dei bambini a scuola, le lezioni di fisica non suscitano molto interesse: la parola "fisica" è associata a problemi e formule complesse. E le conoscenze acquisite nelle lezioni sono abbastanza difficili da applicare nella pratica, e questo dà origine a un malinteso sul significato dello studio della materia. Come opzione per risolvere questo problema, nonché allo scopo di formare il pensiero logico e l'analisi, può essere proposta una serie di "problemi inventivi". Di solito li davamo o alla fine della lezione, o nei "cinque minuti rimanenti", o come compiti a casa. Ad esempio, nei restanti 5–7 minuti di una lezione del 10° anno, puoi riuscire a risolvere uno o due problemi.

Poiché ogni lavoro deve avere un significato, l'interesse dei bambini può essere stimolato dalla valutazione. Se il compito è stato assegnato a casa, per cinque diverse soluzioni al problema - un segno di "5", per ogni due soluzioni aggiuntive - un altro segno di "5". Se il compito è stato assegnato in classe, il punteggio è stato assegnato agli studenti più attivi.

- Copri il barattolo 2 . Ciò aumenta la pressione e quindi il punto di ebollizione dell'acqua al suo interno.

- Salare l'acqua nel recipiente 2 - aumenterà anche il punto di ebollizione.

- Far bollire l'acqua in un recipiente 2 più volte, lasciandolo raffreddare tra un bollore e l'altro. Quindi, rimuoveremo le impurità dall'acqua (precipiteranno) e, di conseguenza, i centri di vaporizzazione, quindi, aumenteremo il punto di ebollizione dell'acqua.

- Mettere sul fondo della nave 2 generatore di ultrasuoni.

- Mettere una bacchetta di rame nell'acqua in modo che poggi sul fondo di entrambi i recipienti. In questo caso, otteniamo un conduttore di calore.

– Attendere fino a quando l'acqua nel recipiente 2 bollire.

- Versare in un barattolo 2 liquido bollente a temperatura superiore a 100 °C.

- Riscaldare il magnete. Pertanto, disorientiamo i domini nel magnete.

- Riscalda l'unghia. Pertanto, disorientiamo i domini in
chiodo.

– Utilizzare una leva in legno o metallo non magnetico.

- Avvolgere il filo attorno al chiodo e far passare la corrente. Quindi, trasforma il chiodo in un magnete della stessa polarità con le estremità del ferro di cavallo.

- Tirare bruscamente l'unghia.

- Metti un'asta di ferro sopra il chiodo. Pertanto, "accorciamo" le linee di induzione magnetica e indeboliamo il campo magnetico alle estremità del magnete.

- Tocca il magnete. La deformazione porterà all'interruzione dell'orientamento ordinato dei domini nel magnete.

– Pompare aria nel pallone. Come sai, l'arco è facile da rompere se premi dall'interno.

- Posizionare l'intero sistema sotto la campana, tappando il tubo, e pompare l'aria dalla campana. Pertanto, creeremo una pressione eccessiva nel pallone e scoppierà, come nel caso precedente.

– Versare l'acqua nella beuta e congelare. La fiaschetta scoppierà, perché l'acqua si espande mentre si raffredda.

– Scaldare la fiaschetta in modo non uniforme. Raffreddiamo metà della fiaschetta e riscaldiamo l'altra. Il bulbo si spezzerà a causa della differenza di espansione termica.

- Invia un'onda sonora al pallone. Il suono farà oscillare le pareti del bulbo; alla risonanza, il bulbo scoppierà.

- Metti qualche altro mattone sopra.

- Colpisci il mattone.

– Attendere che l'acqua sia evaporata.

- Scaldare la tazza per accelerare l'evaporazione.

- Immergere un cucchiaio in una tazza e congelare. Quindi estrarre il cucchiaio con il ghiaccio.

Nota. Immediatamente dopo il congelamento, è impossibile ottenere un cucchiaio, quindi i bordi della tazza dovranno essere leggermente riscaldati.

- Immergi una spugna nel bicchiere.

- Immergi il tubo del cocktail nella tazza e aspira l'acqua.

- Immergi l'estremità di un lungo tubo di gomma nella tazza, abbassa l'altra estremità sotto la superficie del liquido e aspira l'aria dal tubo: l'acqua uscirà.

- Abbassare il tubo nella tazza, l'altra estremità della quale è posta in un recipiente a bassa pressione. La pressione atmosferica spingerà l'acqua in un'altra nave.

- Spostare i bicchieri l'uno rispetto all'altro, ruotando l'uno rispetto all'altro.

- Aspetta un attimo. Il sistema non è completamente sigillato e l'aria entra ancora attraverso la guarnizione.

– Alzare la temperatura dei bicchieri, ad esempio versarci sopra dell'acqua bollente. La pressione del gas nei bicchieri aumenterà.

– Posizionare il sistema sotto la campana ed evacuare l'aria. La pressione nei bicchieri diventerà maggiore di quella esterna.

• Come dividere un cubetto di ghiaccio in due parti uguali?

- Sega.

- Sbriciolate e dividete.

- Tagliare con un coltello caldo.

- Scaldare la metà.

- Sciogliere il cubo, dividere l'acqua a metà, congelare le metà risultanti.

- Posizionare un supporto.

- Inchioda i piedi al pavimento.

- Selezionare sperimentalmente l'angolo di inclinazione in modo da stabilire l'equilibrio. A questo angolo, taglia le gambe della sedia per aumentare l'area di appoggio.

– Tagliare le rientranze nel pavimento ad angolo e infilarvi le gambe della sedia.

- Incolla una sedia.

• Come far oscillare un matnik matematico solo su un piano?

– Ruotare il carico attorno al proprio asse. Di conseguenza, otterremo un giroscopio e, come è noto, il piano di rotazione del giroscopio non cambia la sua posizione nello spazio.

- Fai oscillare un peso di ferro in un campo magnetico.

– Costruire una struttura guida (due piastre).

– Far oscillare un peso metallico in un campo elettrico statico (ad esempio, tra due sfere cariche).

– Messa a punto all'avvio.

• Come raffreddare l'acqua in una bottiglia?

- Metti la bottiglia in frigorifero.

- Metti (su) sotto il ghiaccio.

– Avvolgere la bottiglia con un panno umido e posizionarla in un getto d'aria. Man mano che l'acqua evapora dalla superficie del panno, quest'ultimo si raffredderà, sottraendo calore alla bottiglia d'acqua.

- Avvolgere la bottiglia con un panno umido, posizionarla sotto la campana e pompare fuori l'aria. Pertanto, abbassiamo la pressione, quindi acceleriamo l'evaporazione.

– Metti la bottiglia in un recipiente con acqua più fredda, come il ghiaccio.

- Refrigerare chimicamente.

• Come collegare due piastre di metallo?

- Utilizzare bullone e dado.

- Usa i rivetti.

- Colla.

- Dormire.

- Saldare. (Non tutti i metalli sono saldabili. – ed.)

– Utilizzare la saldatura a punti.

– Pulire e carteggiare entrambe le superfici di accoppiamento e premere con decisione. (Così viene eseguita la saldatura a freddo nello spazio. - ed.)

• Come riscaldare una palla di metallo?

- Mettere in forno.

- Colpo.

- Strofina a lungo.

- Deformare.

- Eseguire una corrente elettrica.

• Come velocizzare l'asciugatura di uno straccio umido?

- Appendi una corda in una stanza asciutta e calda.

- Espandilo il più possibile.

– Mettere in un getto d'aria secca.

– Mettere tra stracci asciutti (giornali) e cambiarli periodicamente.

– Cospargere lo straccio di sabbia asciutta (segatura), scrollarlo di dosso periodicamente e cospargere nuovamente con una nuova porzione di sabbia. La sabbia assorbe l'umidità.

– Posizionarlo vicino a una potente sorgente di radiazioni elettromagnetiche ad alta frequenza. A causa dell'azione delle correnti di Foucault, il liquido si riscalda.

• Come rimuovere la parte in eccesso della pietra?

– Rompere con uno scalpello e un martello.

- Cancellare.

– Scaldare la pietra e farla raffreddare bene. A causa di un forte calo di temperatura dovuto all'espansione termica, la pietra si spezzerà.

- Raffreddare e riscaldare rapidamente.

- Sega via.

- Sciolto.

• Qual è il modo più veloce per riempire un secchio sotto la pioggia?

– Metti un secchio sotto lo scarico sul tetto della casa. Lì, l'acqua viene raccolta da un'ampia superficie del tetto.

- Metti un imbuto sopra il secchio.

- Abbassare un'estremità del panno nel secchio, appendere l'altra estremità. L'acqua scorrerà dal tessuto nel secchio (l'area da cui viene raccolta l'acqua aumenterà).

– Posizionare il secchio con un angolo di 45° rispetto alla direzione in cui cadono le gocce. (Andrà peggio. - rosso.)

- Metti diverse cariche con lo stesso nome al centro del secchio. Di conseguenza, la traiettoria delle goccioline cambierà.

• Come aumentare il livello dell'acqua in un gomito del tubo a U rispetto a un altro?

- Pompare l'aria da un ginocchio e chiudere questo ginocchio con un tappo di sughero.

- Pompare aria in un ginocchio e chiudere questo ginocchio con un tappo.

– Versare un liquido più leggero (es. cherosene) in un ginocchio.

- Posizionare un tramezzo (pistone) tra le ginocchia e spostarlo, ad esempio, su un filo.

– Utilizzare il fenomeno dell'osmosi.

• Come fare in modo che un carro che rotola giù da uno scalo di smistamento percorra una distanza maggiore per inerzia?

- Spingere.

- Caricare il carro.

– Lubrificare le rotaie con olio, riducendo così il coefficiente di attrito.

- Raffreddare le rotaie. C'è sempre vapore acqueo nell'atmosfera e la condensa apparirà sui binari raffreddati, riducendo l'attrito.

• Come garantire la presenza di molecole d'acqua ad un'altezza di 1 cm sopra la superficie dell'acqua nella nave?

- Immergi lo stoppino nell'acqua. Le molecole d'acqua saliranno attraverso i capillari.

- Getta il ghiaccio nell'acqua: galleggia nell'acqua, quindi puoi raccogliere un pezzo che si alzerà di 1 cm sopra la superficie, e anche il ghiaccio è acqua.

- Abbassare la spugna. L'acqua, come nel caso dello stoppino, salirà.

- Riscaldare l'acqua.

- Non fare niente. L'acqua evapora a qualsiasi temperatura, quindi, sopra la superficie, a qualsiasi o quasi a qualsiasi altezza, c'è almeno una molecola di H 2 O.

• Come illuminare un piccolo spazio?

- Accendi un fiammifero (candela, torcia).

- Accendilo con una torcia.

- Accendere una scarica elettrica.

- Eccita la luminescenza.

– Eccita il bagliore Cherenkov (il bagliore dell'acqua quando le particelle lo attraversano a una velocità superiore a quella della luce nell'acqua).

• Come accelerare l'ebollizione del liquido nel bollitore?

– Aumentare la potenza del riscaldatore.

- Versare nel bollitore non acqua, ma un liquido più facilmente bollente (ad esempio acetone).

– Isolare il bollitore, ad esempio, avvolgerlo con un panno spesso e una coperta di cotone.

– Posizionare il bollitore in una zona a pressione ridotta.

- Battere costantemente sul bollitore, mescolando così l'acqua.

• Come fermare il movimento di un orologio a molla senza danneggiarne la calotta esterna?

- Non toccare l'orologio per molto tempo - si fermeranno.

- Scuoti forte, lascia cadere, colpisci.

- Immergere nel liquido e congelare.

- Mettere in azoto liquido.

– Collocare in un campo magnetico alternato.

- Riscaldare.

• Come aumentare lo scivolamento degli stivali sul ghiaccio?

Opzioni di risposta

– Pulisci completamente il battistrada della suola.

– Rendi il ghiaccio uniforme, liscio.

– Bagnare la superficie del ghiaccio.

- Versare l'olio sul ghiaccio.

- Fissare pattini agli scarponi (per fare pattini).

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Studente del 4° anno della Vyatka State University, ha fornito questo materiale nel 2005 alle lezioni e attività extracurriculari, superando la pratica pedagogica nella scuola n. 5 (Slobodskoy, regione di Kirov, insegnante preside della Federazione Russa Viktor Ivanovic Elkin [email protetta]). Gli studenti hanno apprezzato molto i compiti, li hanno risolti con piacere.

Senza alcun dubbio, la fisica è una delle scienze più interessanti. Anche gli esperimenti più inutili possono essere piuttosto eccitanti allo stesso tempo. Ad esempio, la bollitura di un liquido quando è raffreddato da un lato sembra incredibile. Dopotutto, per farlo liquido bollito va scaldato, ma non raffreddato, come si pensava. Ma tutto è possibile. Un tale esperimento non richiede alcuno speciale liquido, è adatta anche l'acqua normale, devi solo creare condizioni speciali.

Avrai bisogno

• Boccetta, acqua, bruciatore a gas, treppiede.

Istruzione

Versare la normale acqua del rubinetto nel pallone, riempirlo di circa metà del livello. Dopodiché, metti la fiaschetta sul fornello a gas e scalda l'acqua fino a quando non bolle.

Quando l'acqua nel flacone bolle, spegnere il fuoco e attendere che l'ebollizione si fermi. Sigillare bene il pallone con un tappo di gomma e fissarlo nel supporto del treppiede capovolgendolo.

Quindi, inizia a versare acqua fredda sul fondo della fiaschetta. Meglio ti raffreddi nave più chiara sarà l'esperienza. Le bolle saliranno sulla superficie dell'acqua, l'acqua nel pallone bollirà una volta raffreddata. Ciò può essere spiegato dal fatto che il vapore acqueo all'interno nave e una volta raffreddate, iniziano a condensare sulle pareti del pallone. Per questo motivo, la pressione del vapore acqueo all'interno del pallone inizia a diminuire. A pressione ridotta, l'acqua inizia a bollire non a cento gradi Celsius, ma a una temperatura inferiore. Poiché l'acqua non si è ancora completamente raffreddata e la pressione è entrata nave E è caduto, quindi l'ebollizione si verifica quando si è raffreddato.

Nota

Per questo esperimento, è meglio usare una fiaschetta di vetro resistente al calore. Quando un recipiente caldo viene raffreddato con acqua fredda, il vetro normale può rompersi a causa di un forte calo di temperatura e l'esperimento non avrà luogo.

Attenzione, solo OGGI!

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