Πώς να προσδιορίσετε τα σημεία βρασμού με πίεση

Περιεχόμενο

• TL · DR (Πολύ μακρύ;
• Κατανόηση του σημείου βρασμού
• Υπολογισμός σημείου βρασμού
• Προειδοποιήσεις
• Εξισώσεις για τον υπολογισμό του σημείου βρασμού
• Εκτίμηση του σημείου βρασμού
• Προσδιορισμός του σημείου βρασμού με τη χρήση των ονομασιών
• Χρήση υπολογιστών On-Line
• Χρησιμοποιώντας γραφήματα και πίνακες

"Ένα ποτήρι που παρακολουθείται ποτέ δεν βράζει" μπορεί να φαίνεται σαν την απόλυτη αλήθεια όταν μαγειρεύει, αλλά κάτω από τις σωστές συνθήκες, το δοχείο βράζει ακόμα πιο γρήγορα από το αναμενόμενο. Είτε κάμπινγκ ή χημεία, προβλέποντας το σημείο βρασμού μπορεί να είναι προκλητική.

TL · DR (Πολύ μακρύ;

Ο προσδιορισμός του σημείου βρασμού με βάση την πίεση μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας εξισώσεις, εκτιμήσεις, νομογραφίες, ηλεκτρονικούς υπολογιστές, πίνακες και γραφήματα.

Κατανόηση του σημείου βρασμού

Βράζει όταν η τάση ατμών ενός υγρού ισούται με την πίεση αέρα της ατμόσφαιρας πάνω από το υγρό. Για παράδειγμα, στη στάθμη της θάλασσας, το νερό βράζει στους 212 ° F (100 ° C). Καθώς αυξάνεται η ανύψωση, η ποσότητα της ατμόσφαιρας πάνω από το υγρό μειώνεται, έτσι μειώνεται η θερμοκρασία βρασμού του υγρού. Γενικά, όσο χαμηλότερη είναι η ατμοσφαιρική πίεση, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία βρασμού οποιουδήποτε υγρού. Εκτός από την ατμοσφαιρική πίεση, η μοριακή δομή και η έλξη μεταξύ των μορίων του υγρού επηρεάζει το σημείο βρασμού. Τα υγρά με ασθενικούς ενδομοριακούς δεσμούς βράζουν, γενικά, σε χαμηλότερες θερμοκρασίες από τα υγρά με ισχυρούς ενδομοριακούς δεσμούς.

Υπολογισμός σημείου βρασμού

Ο υπολογισμός του σημείου βρασμού με βάση την πίεση μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας διάφορους τύπους. Οι τύποι αυτοί ποικίλλουν ως προς την πολυπλοκότητα και την ακρίβεια. Γενικά, οι μονάδες σε αυτούς τους υπολογισμούς θα είναι στο μετρικό σύστημα ή στο σύστημα System International (SI), με αποτέλεσμα θερμοκρασίες σε βαθμούς Κελσίου (^oΝΤΟ). Για να μετατρέψετε σε Fahrenheit (^oF), χρησιμοποιήστε τη μετατροπή T (° F) = T (° C) × 9 ÷ 5 + 32, όπου T σημαίνει θερμοκρασία. Όσο για την ατμοσφαιρική πίεση, οι μονάδες πίεσης ακυρώνονται, έτσι οι μονάδες που χρησιμοποιούνται, είτε mmHg, ράβδοι, psi ή άλλη μονάδα, είναι λιγότερο σημαντικές από το να βεβαιώνεστε ότι όλες οι μετρήσεις πίεσης είναι οι ίδιες μονάδες.

Μία φόρμουλα για τον υπολογισμό του σημείου βρασμού του νερού χρησιμοποιεί το γνωστό σημείο βρασμού στη στάθμη της θάλασσας, 100 ° C, την ατμοσφαιρική πίεση στο επίπεδο της θάλασσας και την ατμοσφαιρική πίεση τη στιγμή και το ύψος όπου λαμβάνει χώρα ο βρασμός.

Ο τύπος BPcorr = BPobs - (Pobs - 760mmHg) x 0,045 ^oC / mmHg μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει μια άγνωστη θερμοκρασία βρασμού για το νερό.

Στον τύπο αυτό, το BPcorr σημαίνει το σημείο βρασμού σε επίπεδο της θάλασσας, το BPobs είναι η άγνωστη θερμοκρασία και το Pobs σημαίνει την ατμοσφαιρική πίεση στη θέση. Η τιμή 760mmHg είναι η τυπική ατμοσφαιρική πίεση σε χιλιοστόμετρα υδραργύρου σε επίπεδο θάλασσας και 0,045^oC / mmHg είναι η κατά προσέγγιση μεταβολή της θερμοκρασίας του νερού με την αλλαγή της πίεσης σε κάθε χιλιοστό του υδραργύρου.

Εάν η ατμοσφαιρική πίεση ισούται με 600 mmHg και το σημείο βρασμού είναι άγνωστο σε αυτή την πίεση, τότε η εξίσωση γίνεται 100 ° C = BPobs- (600mmHg-760mmHg) x0,045 ° C / mmHg.




Ο υπολογισμός της εξίσωσης δίνει 100 ° C = BPobs - (- 160 mmHg) x0,045 ° C / mmHg. Απλοποιημένη, 100 ° C = BPobs + 7.2. Οι μονάδες mmHg ακυρώνονται η μία την άλλη, αφήνοντας τις μονάδες σε βαθμούς Κελσίου. Επίλυση για το σημείο βρασμού στα 600mmHg, η εξίσωση γίνεται: BPobs = 100 ° C-7.2 ° C = 92.8 ° C. Έτσι, το σημείο βρασμού του νερού στα 600mmHg, σε υψόμετρο περίπου 6400 ποδιών πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, θα είναι 92,8 ° C, ή 92,8x9 ÷ 5 + 32 = 199 ° F.

Προειδοποιήσεις

Εξισώσεις για τον υπολογισμό του σημείου βρασμού

Η παραπάνω εξίσωση χρησιμοποιεί μια γνωστή σχέση πίεσης και θερμοκρασίας με μια γνωστή αλλαγή θερμοκρασίας με μεταβολή της πίεσης. Άλλες μέθοδοι για τον υπολογισμό των σημείων βρασμού υγρών με βάση την ατμοσφαιρική πίεση, όπως η εξίσωση Clausius-Clapeyron, ενσωματώνουν πρόσθετους παράγοντες. Στην εξίσωση Clausius-Clapeyron, για παράδειγμα, η εξίσωση ενσωματώνει το φυσικό log (ln) της πίεσης εκκίνησης διαιρούμενο με την τελική πίεση, την λανθάνουσα θερμότητα (L) του υλικού και την γενική σταθερά αερίου (R). Η λανθάνουσα θερμότητα σχετίζεται με την έλξη μεταξύ μορίων, μια ιδιότητα του υλικού που επηρεάζει τον ρυθμό εξάτμισης. Τα υλικά με υψηλότερες λανθάνουσες θερμότητες απαιτούν περισσότερη ενέργεια για να βράσουν επειδή τα μόρια έχουν μια ισχυρότερη έλξη μεταξύ τους.

Εκτίμηση του σημείου βρασμού

Γενικά, η προσέγγιση της μείωσης του σημείου ζέσεως για το νερό μπορεί να γίνει με βάση το υψόμετρο. Για κάθε αύξηση 500 ποδιών σε υψόμετρο, το σημείο βρασμού του νερού πέφτει περίπου 0,9 ° F.

Προσδιορισμός του σημείου βρασμού με τη χρήση των ονομασιών

Ένα νομόγραφο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση των σημείων βρασμού των υγρών. Οι νοογραφίες χρησιμοποιούν τρεις κλίμακες για να προβλέψουν το σημείο βρασμού. Ένα νομογράφημα παρουσιάζει μία κλίμακα θερμοκρασίας βρασμού, μία θερμοκρασία σημείου βρασμού σε κλίμακα πίεσης της στάθμης της θάλασσας και μία γενική κλίμακα πίεσης.

Για να χρησιμοποιήσετε το nomograph, συνδέστε δύο γνωστές τιμές χρησιμοποιώντας ένα χάρακα και διαβάστε την άγνωστη τιμή στην τρίτη κλίμακα. Ξεκινήστε με μία από τις γνωστές τιμές. Για παράδειγμα, εάν είναι γνωστό το σημείο βρασμού στο επίπεδο της θάλασσας και είναι γνωστή η βαρομετρική πίεση, συνδέστε τα δύο αυτά σημεία με ένα χάρακα. Η επέκταση της γραμμής από τις δύο συνδεδεμένες γνωστές δείχνει ποια θα είναι η θερμοκρασία σημείου βρασμού σε αυτή την υψομέτρηση. Αντίθετα, αν είναι γνωστή η θερμοκρασία σημείου βρασμού και το σημείο βρασμού στη στάθμη της θάλασσας είναι γνωστό, χρησιμοποιήστε ένα χάρακα για να συνδέσετε τις δύο κουκίδες, επεκτείνοντας τη γραμμή για να βρείτε τη βαρομετρική πίεση.

Χρήση υπολογιστών On-Line

Αρκετοί ηλεκτρονικοί υπολογιστές παρέχουν θερμοκρασίες σημείου βρασμού σε διαφορετικά υψόμετρα. Πολλοί από αυτούς τους αριθμομηχανές δείχνουν μόνο τη σχέση μεταξύ της ατμοσφαιρικής πίεσης και του σημείου βρασμού του νερού, αλλά άλλες παρουσιάζουν επιπλέον κοινές ενώσεις.

Χρησιμοποιώντας γραφήματα και πίνακες

Έχουν αναπτυχθεί γραφήματα και πίνακες σημείων βρασμού πολλών υγρών. Στην περίπτωση των πινάκων, το σημείο βρασμού των υγρών παρουσιάζεται για διαφορετικές ατμοσφαιρικές πιέσεις. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο πίνακας δείχνει μόνο ένα υγρό και το σημείο βρασμού σε διάφορες πιέσεις. Σε άλλες περιπτώσεις, μπορεί να παρουσιαστούν διάφορα υγρά σε διαφορετικές πιέσεις.

Τα γραφήματα δείχνουν καμπύλες σημείου βρασμού με βάση τη θερμοκρασία και τη βαρομετρική πίεση. Τα γράμματα, όπως και το nomograph, χρησιμοποιούν γνωστές τιμές για να δημιουργήσουν μια καμπύλη ή, όπως συμβαίνει με την εξίσωση Clausius-Clapeyron, χρησιμοποιήστε το φυσικό λογότυπο της πίεσης για να αναπτύξετε μια ευθεία γραμμή. Η γραμμή με γραφήματα δείχνει τις γνωστές σχέσεις σημείου βρασμού, δεδομένου ενός συνόλου τιμών πίεσης και θερμοκρασίας. Γνωρίζοντας μία τιμή, ακολουθήστε τη γραμμή τιμών στη γραμμή διαγράμματος πίεσης-θερμοκρασίας και μετά γυρίστε στον άλλο άξονα για να καθορίσετε την άγνωστη τιμή.