Удельная теплота парообразования и конденсации

Парообразование и конденсация

Парообразованием называют переход вещества из жидкого состояния в газообразное. Оно бывает двух видов: испарение — с поверхности жидкости при любой температуре, и кипение — по всему объёму при определённой температуре кипения. Обратный процесс — конденсация, превращение пара обратно в жидкость. Парообразование и конденсация постоянно происходят в природе и обеспечивают круговорот воды.

Испарение

При испарении с поверхности вылетают самые быстрые молекулы, преодолевая притяжение остальных. Поэтому средняя скорость оставшихся молекул уменьшается, и жидкость при испарении охлаждается. Именно поэтому мокрая кожа на ветру мёрзнет. Скорость испарения растёт при повышении температуры, увеличении площади поверхности, при ветре над жидкостью и зависит от рода вещества: спирт и эфир испаряются быстрее воды.

Кипение

При кипении в жидкости по всему объёму образуются пузырьки пара, которые поднимаются вверх и лопаются на поверхности. Пока жидкость кипит, её температура остаётся постоянной — это температура кипения. Для воды при нормальном атмосферном давлении она равна 100 °C. Температура кипения зависит от давления: в горах, где давление ниже, вода кипит при меньшей температуре, а в скороварке под повышенным давлением — при большей.

Удельная теплота парообразования

Удельная теплота парообразования показывает, сколько теплоты нужно, чтобы превратить в пар 1 кг жидкости, взятой при температуре кипения. Обозначают её буквой L, единица измерения — джоуль на килограмм (Дж/кг).

Q = L · m

При конденсации пара такое же количество теплоты выделяется в окружающую среду. Именно поэтому ожог паром опаснее ожога кипятком: пар, конденсируясь на коже, дополнительно отдаёт теплоту парообразования.

Разбор примера

Сколько теплоты нужно, чтобы обратить в пар воду массой 0,5 кг, уже доведённую до 100 °C?

Q = L · m = 2,3·10^6 · 0,5 = 1,15·10^6 Дж

Получается около 1150 кДж. Сравните: чтобы нагреть эту воду от 20 °C до 100 °C, нужно примерно в семь раз меньше теплоты. Вот почему вода долго выкипает и почему испарение так хорошо охлаждает.

Частые ошибки. Не путайте удельную теплоту парообразования L с удельной теплоёмкостью c. Формула Q = L·m применима только при температуре кипения, когда температура жидкости уже не меняется. Нагревание жидкости до кипения считают отдельно через Q = c·m·Δt.

Кратко о главном

• Парообразование бывает в виде испарения и кипения.
• При испарении жидкость охлаждается, так как улетают быстрые молекулы.
• При кипении температура жидкости не меняется.
• Удельная теплота парообразования L измеряется в Дж/кг.
• Теплота парообразования: Q = L · m; при конденсации она выделяется.