Obrázek zná každý: na sporáku na ohni je hrnec s vodou. Studená voda se postupně ohřívá, takže se na jejím povrchu objevují první bublinky a brzy to ve všem vesele vře. Jaké je výparné teplo vody? Někteří z nás si ze školních osnov pamatují, že teplota vody při přirozeném atmosférickém tlaku nesmí překročit 100 °C. A ti, kteří si nepamatují nebo nevěří, mohou použít vhodný teploměr a přesvědčit se, dodržením bezpečnostních opatření.
Jak je to možné? Oheň totiž pod pánví stále hoří, odevzdává svou energii tekutině a kam jde, když neohřívá vodu? Odpověď: Energie se používá k přeměně vody na páru.
Kam jde energie
V běžném životě jsme zvyklí na tři stavy hmoty kolem nás: pevné, kapalné a plynné. V pevném stavu jsou molekuly pevně fixovány v krystalové mřížce. To ale neznamená jejich úplnou nehybnost, při jakékoli teplotě, pokud je alespoň o stupeň vyšší než -273 °C (to je absolutní nula), molekuly vibrují. Navíc amplituda vibrací závisí na teplotě. Při zahřívání dochází k přenosu energiečástice látky a tyto chaotické pohyby se stanou intenzivnějšími a pak v určitém okamžiku dosáhnou takové síly, že molekuly opustí hnízda mřížky - látka se stane kapalinou.
V kapalném stavu jsou molekuly navzájem úzce propojeny přitažlivou silou, i když nejsou fixovány v určitém bodě prostoru. S dalším hromaděním tepla látkou se chaotické vibrace části molekul tak zvětší, že dojde k překonání síly přitažlivosti molekul k sobě a ty se rozletí. Teplota hmoty přestane stoupat, veškerá energie se nyní přenese na další a další várku částic, a tak krok za krokem veškerá voda z pánve naplní kuchyň ve formě páry.
Každá látka vyžaduje k provedení tohoto procesu určité množství energie. Výparné teplo vody, stejně jako ostatní kapaliny, je konečné a má specifické hodnoty.
V jakých jednotkách se měří
Jakákoli energie (dokonce i pohyb, dokonce i teplo) se měří v joulech. Joule (J) je pojmenován po slavném vědci Jamesi Jouleovi. Číselně lze získat energii 1 J, pokud je určité těleso tlačeno ve vzdálenosti 1 metru silou 1 Newtonu.
Dříve používali k měření tepla koncept jako „kalorie“. Věřilo se, že teplo je taková fyzická látka, která může proudit dovnitř nebo ven z jakéhokoli těla. Čím více „prosakuje“do fyzického těla, tím je žhavější. Ve starých učebnicích tuto fyzikální veličinu stále najdete. Ale není těžké to převést na jouly, stačí vynásobit 4,19.
Energie potřebná k přeměně kapalin na plyny se nazývá měrné výparné teplo. Ale jak to vypočítat? Jedna věc je přeměnit zkumavku s vodou na páru a druhá věc je přeměnit obrovskou nádrž parního stroje.
Proto např. pro H2O se v tepelné technice pracuje s pojmem „měrné výparné teplo vody“(J / kg - měrná jednotka). A klíčové slovo je zde „konkrétní“. Je považováno za množství energie, které je nutné k přeměně 1 kg kapalné látky na páru.
Hodnota je označena latinským písmenem L. Hodnota se měří v joulech na 1 kg.
Kolik energie potřebuje voda
Měrné výparné teplo vody se měří následovně: množství N se nalije do nádoby a přivede k varu. Energie vynaložená na odpaření litru vody bude požadovaná hodnota.
Při měření, jaké je specifické teplo vypařování vody, byli vědci mírně překvapeni. Aby se voda proměnila v plyn, potřebuje více energie než všechny kapaliny běžné na Zemi: celá řada alkoholů, zkapalněné plyny a dokonce více než kovy, jako je rtuť a olovo.
Výparné teplo vody se tedy ukázalo být 2,26 mJ/kg. Pro srovnání:
- pro rtuť – 0,282 mJ/kg;
- olovo má 0,855 mJ/kg.
Co když je to naopak?
Co se stane, když proces obrátíte a kapalina zkondenzuje? Nic zvláštního, existuje potvrzení zákona zachování energie: při kondenzaci jednékilogramu kapaliny z páry se uvolní přesně stejné množství tepla, jaké je potřeba k přeměně zpět na páru. Proto se v referenčních tabulkách častěji vyskytuje termín „měrné teplo vypařování a kondenzace“.
Mimochodem, skutečnost, že se teplo absorbuje během odpařování, se úspěšně využívá v domácích a průmyslových spotřebičích k vytvoření umělého chladu.
