Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. На прошлой лекции мы с вами познакомились с таким видом парообразования, как кипение, т.е это парообразование, происходящее в объеме жидкости и оказалось, что у каждой жидкости есть определенная температура при которой она кипит. Температура при которой жидкость кипит называется температурой кипения. И мы видели таблицу, в которой приведены температуры кипения различных жидкостей, но в этой таблице указывается не только температура кипения, но и дается информация о том, что эта температура дана при нормальном атмосферном давлении, т.е давлении 1013ГПа или 760 мм.рт.ст. и это не случайно, потому, что температура кипения жидкости зависит от внешнего давления, которое производится на поверхность жидкости и сегодня мы поговорим об этом вплотную.
Но начнем мы нашу сегодняшнюю лекцию с казалось бы совершенно другого вопроса.
Давайте еще раз повторим определение насыщенного пара.
Насыщенный пар - это пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью.
А теперь давайте приведем экспериментальные данные по давлению насыщенного пара воды при различных температурах.
Помните, на прошлой лекции мы говорили о том, что пузырьки воздуха играют очень важную роль в процессе кипения, поэтому сейчас мы начнем с того, что представим себе...
И так мы выяснили:
- вода кипит строго при температуре 100 градусов;
- при температуре кипения давление насыщенных паров жидкости равно внешнему атмосферному давлению.
Какой из всего этого мы можем сделать вывод? С ростом температуры растет давление насыщенного пара, значит регулируя атмосферное давление мы можем изменять температуру при которой жидкость кипит. Чем ниже давление, тем ниже температура кипения жидкости. Например, в горах давление атмосферы ниже, чем нормальное атмосферное давление, поэтому температура кипения воды в горах оказывается ниже, чем 100 градусов Цельсия.
И так мы узнали, что с ростом высоты, температура кипения воды падает. И что же делать, если мы хотим приготовить еду находясь в высокогорном лагере? Например, при 93 градусах пища будет готовится уже плохо, а на вершине Эвереста при 72 градусов мясо вообще не сваришь. Как же можно повысить температуру кипения воды, если атмосферное давление низкое? Один из выходов - это заменить атмосферное давление, давлением пара, который мы не выпускаем, когда он, в результате кипения, не покидает жидкость. Если мы повысим внешнее давление, т.е на поверхность жидкости кроме воздуха будет давить еще и тот самый пар, который образовался в жидкости, то мы сможем повысить температуру кипения.
Давайте еще раз себе повторим, что такое автоклав или по бытовому - скороварка.
Автоклав - устройство, жидкость в котором кипит при давлении выше нормального атмосферного.
Где используются автоклавы? Например, в консервной промышленности. Там используются большие и прочные котлы, в них складывают банки с будущими консервами и нагревают при повышенном давлении и происходит стерилизация. Кроме того, в хирургических отделениях хирургические инструменты, тоже стерилизуют и кипятят в автоклавах для того, что бы все бактерии на поверхности инструментов были уничтожены. А теперь давайте посмотрим, как температура кипения воды зависит от давления...
И давайте, то о чем мы говорили, теперь проверим на трех опытах. В первом опыте мы посмотрим, как кипит вода при температуре чуть ниже, чем сто градусов Цельсия и при немного пониженном давлении.
В двух других опытах мы посмотрим как кипит вода при комнатной температуре при сильно пониженном давлении.
И так мы с вами выяснили, что во-первых при температуре кипения давление насыщенного пара равно внешнему атмосферному давлению, следовательно регулируя давление над поверхностью жидкости, мы можем регулировать температуру кипения. При давлении выше атмосферного вода кипит больше, чем при ста градусах Цельсия. При давлении ниже атмосферного, вода кипит при более низкой температуре. Кстати, знаете, что еще интересно? Если бы мы откачивали воздух из колбы, участвующей во второй серии опытов, более мощным насосом, то вода, ведь она при парообразовании, отдает свою внутреннюю энергию. Так вот, вода при этом охлаждается и если взять достаточно мощный насос, то вода может охладится настолько, что вода начнет замерзать в процессе кипения. Можете себе представить кипящую воду превращающуюся в лед.
И последнее о чем мы сегодня с вами поговорим - это уже не имеет отношения к зависимости температуры кипения от давления, но имеет очень большое практическое значение. Речь пойдет о получении и поддержании низких температур. И так мы знаем, что жидкость кипит при строго определенной температуре, которое определяется давлением. Будем считать, что у нас давление всегда атмосферное. У различных жидкостей различная температура кипения. На прошлой лекции мы видели таблицу с температурой кипения различных жидкостей. Давайте приведем некоторые значения из этой таблицы.
Давайте подумаем как же можно получить такие низкие температуры. Давайте об этом в двух словах. Если мы сжимаем газ, то мы совершаем над ним работу при этом внутренняя энергия газа увеличивается и он при этом нагревается. А теперь давайте сделаем вот что. Давайте сожмем воздух, он при этом нагреется, а далее с помощью теплопередачи охладим его обратно до комнатной температуры. И далее дадим возможность газу расширяться. Он при этом будет выполнять работу над внешними телами за счет своей внутренней энергии, значит температура его при этом будет понижаться. И вот, если многократно производить такой процесс, сначала газ сжимать и отбирать от него тепло, а потом давать совершать ему работу, то постепенно его температура будет понижаться и в конце-концов он станет жидкостью. Устройство, в котором газ совершая работу при этом сильно охлаждается называется детандером. Оказывается при низких температурах, как температура кипения азота, вещества приобретают совершенно новые свойства. Например резина при комнатной температуре имеет упругую форму и легко поддается деформации. А что же будет, если резину охладить до температуры жидкого азота? Свинец, так же пластичный материал,и если сделать из него колокольчик, то он будет звучать глухо. А что будет если охладить его до температуры жидкого азота? Давайте все это посмотрим в видеоролике ниже.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.