Todo el mundo está familiarizado con la imagen: hay una olla de agua en la estufa sobre el fuego. El agua del frío se calienta gradualmente, por lo que aparecen las primeras burbujas en su superficie, y pronto todo está hirviendo alegremente. ¿Cuál es el calor de vaporización del agua? Algunos de nosotros recordamos del currículo escolar que la temperatura del agua a la presión atmosférica natural no puede exceder los 100 °C. Y los que no se acuerden o no crean pueden usar el termómetro adecuado y asegurarse, observando las medidas de seguridad.
¿Pero cómo puede ser esto? Después de todo, el fuego todavía arde debajo de la sartén, cede su energía al líquido y, ¿a dónde va si no calienta el agua? Respuesta: La energía se utiliza para convertir el agua en vapor.
A dónde va la energía
En la vida ordinaria, estamos acostumbrados a los tres estados de la materia que nos rodea: sólido, líquido y gaseoso. En estado sólido, las moléculas están rígidamente fijadas en la red cristalina. Pero esto no significa su completa inmovilidad, a cualquier temperatura, siempre que sea al menos un grado superior a -273 °C (esto es el cero absoluto), las moléculas vibran. Además, la amplitud de la vibración depende de la temperatura. Cuando se calienta, la energía se transfierepartículas de una sustancia, y estos movimientos caóticos se vuelven más intensos, y luego alcanzan tal fuerza en un momento determinado que las moléculas abandonan los nidos de la red - la sustancia se convierte en un líquido.
En estado líquido, las moléculas están íntimamente relacionadas entre sí por la fuerza de atracción, aunque no están fijas en un punto determinado del espacio. Con una mayor acumulación de calor por parte de la sustancia, las vibraciones caóticas de una parte de las moléculas se vuelven tan grandes que la fuerza de atracción de las moléculas entre sí se vence y se separan. La temperatura de la sustancia deja de aumentar, toda la energía ahora se transfiere a la siguiente y siguiente tanda de partículas, y así, paso a paso, toda el agua de la sartén llena la cocina en forma de vapor.
Cada sustancia requiere una cierta cantidad de energía para llevar a cabo este proceso. El calor de vaporización del agua, como otros líquidos, es finito y tiene valores específicos.
En qué unidades se mide
Cualquier energía (incluso el movimiento, incluso el calor) se mide en julios. Joule (J) lleva el nombre del famoso científico James Joule. Numéricamente, se puede obtener una energía de 1 J si un cuerpo determinado se empuja a una distancia de 1 metro con una fuerza de 1 Newton.
Anteriormente, para medir el calor, usaban un concepto como "caloría". Se creía que el calor es una sustancia física que puede entrar o salir de cualquier cuerpo. Cuanto más se "filtra" en el cuerpo físico, más caliente está. En los libros de texto antiguos, todavía puedes encontrar esta cantidad física. Pero no es difícil convertirlo a julios, basta con multiplicar por 4,19.
La energía requerida para convertir líquidos en gases se llama calor específico de vaporización. Pero, ¿cómo calcularlo? Una cosa es convertir un tubo de ensayo de agua en vapor y otra cosa es convertir el tanque de un enorme motor de vapor de un barco.
Por lo tanto, por ejemplo, para H2O, en ingeniería térmica operan con el concepto de "calor específico de vaporización del agua" (J / kg - unidad de medida). Y la palabra clave aquí es "específico". Se considera la cantidad de energía necesaria para convertir 1 kg de sustancia líquida en vapor.
El valor se indica con la letra latina L. El valor se mide en julios por 1 kg.
Cuánta energía requiere el agua
El calor específico de vaporización del agua se mide de la siguiente manera: la cantidad de N se vierte en el recipiente y se lleva a ebullición. La energía gastada en la vaporización de un litro de agua será el valor deseado.
Midiendo cuál es el calor específico de vaporización del agua, los científicos se sorprendieron un poco. Para convertirse en gas, el agua requiere más energía que todos los líquidos comunes en la Tierra: toda la línea de alcoholes, gases licuados e incluso más que metales como el mercurio y el plomo.
Entonces, el calor de vaporización del agua resultó ser 2,26 mJ/kg. Para comparar:
- para mercurio - 0,282 mJ/kg;
- el plomo tiene 0,855 mJ/kg.
¿Y si es al revés?
¿Qué pasa si inviertes el proceso, haces que el líquido se condense? Nada especial, hay una confirmación de la ley de conservación de la energía: al condensar unode un kilogramo de líquido del vapor, se libera exactamente la misma cantidad de calor que se necesita para convertirlo nuevamente en vapor. Por lo tanto, el término "calor específico de vaporización y condensación" se encuentra más a menudo en las tablas de referencia.
Por cierto, el hecho de que el calor se absorba durante la evaporación se usa con éxito en electrodomésticos e industriales para crear frío artificial.
