Tout le monde connaît la photo: il y a une casserole d'eau sur le poêle sur le feu. L'eau du froid devient progressivement chaude, de sorte que les premières bulles apparaissent à sa surface, et bientôt tout bouillonne joyeusement. Quelle est la chaleur de vaporisation de l'eau ? Certains d'entre nous se souviennent du programme scolaire que la température de l'eau à la pression atmosphérique naturelle ne peut pas dépasser 100 °C. Et ceux qui ne se souviennent pas ou ne croient pas peuvent utiliser le thermomètre approprié et s'assurer, en respectant les mesures de sécurité.
Mais comment est-ce possible ? Après tout, le feu brûle toujours sous la casserole, il cède son énergie au liquide, et où va-t-il s'il ne chauffe pas l'eau ? Réponse: L'énergie est utilisée pour transformer l'eau en vapeur.
Où va l'énergie
Dans la vie ordinaire, nous sommes habitués aux trois états de la matière qui nous entoure: solide, liquide et gazeux. A l'état solide, les molécules sont rigidement fixées dans le réseau cristallin. Mais cela ne signifie pas leur complète immobilité, à n'importe quelle température, tant qu'il est d'au moins un degré supérieur à -273°C (c'est le zéro absolu), les molécules vibrent. De plus, l'amplitude des vibrations dépend de la température. Lorsqu'il est chauffé, l'énergie est transféréeparticules d'une substance, et ces mouvements chaotiques deviennent plus intenses, puis atteignent une force telle à un certain moment que les molécules quittent les nids du réseau - la substance devient liquide.
À l'état liquide, les molécules sont étroitement liées les unes aux autres par la force d'attraction, bien qu'elles ne soient pas fixées à un certain point de l'espace. Avec une accumulation supplémentaire de chaleur par la substance, les vibrations chaotiques d'une partie des molécules deviennent si importantes que la force d'attraction des molécules les unes par rapport aux autres est surmontée et qu'elles s'envolent. La température de la substance cesse d'augmenter, toute l'énergie est maintenant transférée aux lots suivants de particules, et ainsi, étape par étape, toute l'eau de la casserole remplit la cuisine sous forme de vapeur.
Chaque substance nécessite une certaine quantité d'énergie pour mener à bien ce processus. La chaleur de vaporisation de l'eau, comme d'autres liquides, est finie et a des valeurs spécifiques.
Dans quelles unités est mesurée
Toute énergie (même mouvement, même chaleur) se mesure en joules. Joule (J) porte le nom du célèbre scientifique James Joule. Numériquement, une énergie de 1 J peut être obtenue si un certain corps est poussé à une distance de 1 mètre avec une force de 1 Newton.
Auparavant, pour mesurer la chaleur, ils utilisaient un concept tel que "calorie". On croyait que la chaleur est une substance physique qui peut entrer ou sortir de n'importe quel corps. Plus il "fuit" dans le corps physique, plus il est chaud. Dans les anciens manuels, vous pouvez toujours trouver cette quantité physique. Mais il n'est pas difficile de le convertir en joules, il suffit de multiplier par 4,19.
L'énergie nécessaire pour convertir les liquides en gaz est appelée chaleur spécifique de vaporisation. Mais comment le calculer ? C'est une chose de transformer un tube à essai d'eau en vapeur, et une autre chose de transformer le réservoir d'un énorme moteur à vapeur de navire.
Donc, par exemple, pour H2O, en génie thermique, ils fonctionnent avec le concept de "chaleur spécifique de vaporisation de l'eau" (J / kg - unité de mesure). Et le mot clé ici est "spécifique". Il s'agit de la quantité d'énergie nécessaire pour transformer 1 kg de substance liquide en vapeur.
La valeur est indiquée par la lettre latine L. La valeur est mesurée en joules pour 1 kg.
Quelle est la quantité d'énergie nécessaire à l'eau
La chaleur spécifique de vaporisation de l'eau est mesurée comme suit: la quantité de N est versée dans le récipient, porté à ébullition. L'énergie dépensée pour la vaporisation d'un litre d'eau sera la valeur souhaitée.
En mesurant la chaleur spécifique de vaporisation de l'eau, les scientifiques ont été légèrement surpris. Pour se transformer en gaz, l'eau nécessite plus d'énergie que tous les liquides courants sur Terre: toute la gamme des alcools, des gaz liquéfiés, et même plus que des métaux comme le mercure et le plomb.
Ainsi, la chaleur de vaporisation de l'eau s'est avérée être de 2,26 mJ/kg. À titre de comparaison:
- pour le mercure - 0,282 mJ/kg;
- le plomb a 0,855 mJ/kg.
Et si c'était l'inverse ?
Que se passe-t-il si vous inversez le processus, faites condenser le liquide ? Rien de spécial, il y a une confirmation de la loi de conservation de l'énergie: lors de la condensation d'und'un kilogramme de liquide issu de la vapeur, il se dégage exactement la même quantité de chaleur qu'il en faut pour le retransformer en vapeur. Par conséquent, le terme «chaleur spécifique de vaporisation et de condensation» se retrouve plus souvent dans les tableaux de référence.
Au fait, le fait que la chaleur soit absorbée lors de l'évaporation est utilisé avec succès dans les appareils ménagers et industriels pour créer du froid artificiel.
