Iedereen kent het plaatje wel: er staat een pan water op het fornuis op het vuur. Water uit de kou wordt geleidelijk heet, dus de eerste luchtbellen verschijnen op het oppervlak en al snel kookt alles vrolijk. Wat is de verdampingswarmte van water? Sommigen van ons herinneren zich van het schoolcurriculum dat de temperatuur van water bij natuurlijke atmosferische druk niet hoger kan zijn dan 100 °C. En degenen die het zich niet herinneren of niet geloven, kunnen de juiste thermometer gebruiken en ervoor zorgen, met inachtneming van veiligheidsmaatregelen.
Maar hoe kan dit? Het vuur brandt immers nog onder de pan, het geeft zijn energie af aan de vloeistof, en waar gaat het heen als het het water niet verwarmt? Antwoord: Er wordt energie gebruikt om water in stoom te veranderen.
Waar gaat de energie heen
In het gewone leven zijn we gewend aan de drie toestanden van de materie om ons heen: vast, vloeibaar en gassen. In vaste toestand zijn de moleculen star gefixeerd in het kristalrooster. Maar dit betekent niet dat ze volledig onbeweeglijk zijn, bij welke temperatuur dan ook, zolang het maar een graad hoger is dan -273 ° C (dit is het absolute nulpunt), trillen de moleculen. Bovendien is de trillingsamplitude afhankelijk van de temperatuur. Bij verwarming wordt energie overgedragendeeltjes van een stof, en deze chaotische bewegingen worden intenser, en bereiken dan op een bepaald moment zo'n kracht dat de moleculen de nesten van het rooster verlaten - de stof wordt een vloeistof.
In vloeibare toestand zijn de moleculen nauw met elkaar verbonden door de aantrekkingskracht, hoewel ze niet op een bepaald punt in de ruimte zijn gefixeerd. Bij verdere ophoping van warmte door de stof worden de chaotische trillingen van een deel van de moleculen zo groot dat de aantrekkingskracht van de moleculen op elkaar wordt overwonnen en ze uit elkaar vliegen. De temperatuur van de stof stopt met stijgen, alle energie wordt nu overgedragen aan de volgende en volgende batches deeltjes, en zo, stap voor stap, vult al het water uit de pan de keuken in de vorm van stoom.
Elke stof heeft een bepaalde hoeveelheid energie nodig om dit proces uit te voeren. De verdampingswarmte van water is, net als andere vloeistoffen, eindig en heeft specifieke waarden.
In welke eenheden wordt gemeten
Elke energie (zelfs beweging, zelfs warmte) wordt gemeten in joule. Joule (J) is vernoemd naar de beroemde wetenschapper James Joule. Numeriek kan een energie van 1 J worden verkregen als een bepaald lichaam op een afstand van 1 meter wordt geduwd met een kracht van 1 Newton.
Voorheen gebruikten ze voor het meten van warmte een concept als 'calorie'. Men geloofde dat warmte zo'n fysieke substantie is die in of uit elk lichaam kan stromen. Hoe meer het in het fysieke lichaam "lekt", hoe heter het is. In oude studieboeken vind je deze fysieke hoeveelheid nog terug. Maar het is niet moeilijk om het om te zetten in joule, het is voldoende om te vermenigvuldigen met 4,19.
De energie die nodig is om vloeistoffen in gassen om te zetten, wordt de soortelijke verdampingswarmte genoemd. Maar hoe het te berekenen? Het is één ding om een reageerbuis met water in stoom te veranderen, en een ander ding om de stoommachinetank van een enorm schip te veranderen.
Daarom werken ze bijvoorbeeld voor H2O in warmtetechniek met het concept van "specifieke verdampingswarmte van water" (J / kg - meeteenheid). En het sleutelwoord hier is "specifiek". Het wordt beschouwd als de hoeveelheid energie die nodig is om 1 kg vloeibare stof in stoom om te zetten.
De waarde wordt aangegeven met de Latijnse letter L. De waarde wordt gemeten in joule per 1 kg.
Hoeveel energie heeft water nodig
De soortelijke verdampingswarmte van water wordt als volgt gemeten: de hoeveelheid N wordt in de container gegoten en aan de kook gebracht. De energie die wordt besteed aan het verdampen van een liter water is de gewenste waarde.
Meten wat de soortelijke warmte van verdamping van water is, waren de wetenschappers enigszins verrast. Om in een gas te veranderen, heeft water meer energie nodig dan alle vloeistoffen die op aarde voorkomen: de hele reeks alcoholen, vloeibaar gemaakte gassen en zelfs meer dan metalen zoals kwik en lood.
Dus de verdampingswarmte van water bleek 2,26 mJ/kg te zijn. Ter vergelijking:
- voor kwik - 0,282 mJ/kg;
- lood heeft 0,855 mJ/kg.
Wat als het andersom is?
Wat gebeurt er als je het proces omkeert, de vloeistof laat condenseren? Niets bijzonders, er is een bevestiging van de wet van behoud van energie: bij het condenseren van eenvan een kilogram vloeistof uit stoom komt precies dezelfde hoeveelheid warmte vrij als nodig is om het weer in stoom om te zetten. Daarom wordt de term "specifieke verdampings- en condensatiewarmte" vaker aangetroffen in referentietabellen.
Trouwens, het feit dat warmte wordt geabsorbeerd tijdens verdamping wordt met succes gebruikt in huishoudelijke en industriële apparaten om kunstmatige kou te creëren.
