Почему вода в вакууме закипает: Кипение жидкости в вакууме при разных показателях давления
почему вообще кипит в таких условиях, при какой температуре и давлении закипает (данные в таблице)?
Содержание
- Что считать вакуумом?
- Как кипит h3O в таких условиях?
- Почему может кипеть при отрицательных температурных значениях?
- Как быстро закипает?
- Полезное видео
- Заключение
Что считать вакуумом?
Слово «вакуум» означает абсолютную пустоту, или пространство, свободное от вещества. Когда нет вещества, нечему и кипеть.
В науке и технике под ним понимают пространство, где давление значительно ниже атмосферного.
Критерием глубины вакуума является степень разрежения. Она определяется отношением давления в объеме к величине атмосферного. Единица измерения, принятая международной системой мер – Паскаль, но применяются и другие.
Нормальное атмосферное давление, измеренное на уровне моря, принято равным 760 мм ртутного столба, или 101325 Па. Например, разрежение, при котором давление равно 100 Па, считается низким, 0,00001 Па – высоким.
Как кипит h3O в таких условиях?
В любом сосуде, заполненном водой, всегда присутствуют частички воздуха. Они остаются на микроскопических трещинах, имеющихся на стенках емкости. По мере нагрева пузырьки увеличиваются, и становятся видимыми невооруженным взглядом, особенно на стенках сосуда и его дне. По сути, это капли насыщенного пара, растворенные в воде.
На определенном этапе пузырьки под действием силы Архимеда начинают выталкиваться наружу. Вода бурлит, но еще не кипит. Это связано с тем, что нагрев происходит неравномерно.
Когда температура на дне сосуда уже достигла 100 °C, а на поверхности воды ещё нет, сила поверхностного натяжения и атмосферное давление препятствуют выходу частиц за пределы емкости. Они возвращаются назад, теряя температуру.
Когда степень нагрева поверхностного и придонного слоя выравнивается, вещество закипает. В вакууме частицам легче покинуть объем сосуда. Этому препятствует только поверхностное натяжение, поэтому кипение начинается при более низкой температуре.
Почему может кипеть при отрицательных температурных значениях?
Когда среда разрежена, вода закипает раньше. Кипение начнется, как только разрежение достигнет величины, при которой температура кипения становится меньше температуры окружающей среды.
Ниже в таблице приведены округленные данные зависимости температуры кипения от давления.
| Давление, Pa | Температура кипения воды | ||
| °C | °F | °K | |
| 101 325 | 100 | 212 | 373 |
| 84 660 | 95 | 205 | 368 |
| 70 060 | 90 | 194 | 363 |
| 47 340 | 80 | 176 | 353 |
| 31 550 | 70 | 158 | 343 |
| 19 900 | 60 | 140 | 333 |
| 12 300 | 50 | 122 | 323 |
| 7 350 | 40 | 104 | 313 |
| 4 230 | 86 | 303 | |
| 3 380 | 27 | 80 | 300 |
| 3 048 | 25 | 76 | 298 |
| 2 710 | 22 | 72 | 295 |
| 2 370 | 20 | 69 | 293 |
| 2 030 | 18 | 64 | 291 |
| 1 670 | 15 | 59 | 288 |
| 1 350 | 12 | 53 | 285 |
| 1 010 | 7 | 45 | 280 |
| 605 | 0 | 32 | 273 |
| 340 | -6 | 21 | 267 |
| 170 | -15 | 6 | 258 |
| 35 | -31 | -24 | 242 |
| 0,16 | -47 | -35 | 226 |
| 0,3 | -51 | -60 | 222 |
| 0,03 | -56 | -70 | 217 |
Вода, отдавая пар, остывает.
Температура понижается до отрицательной, водяной пар кристаллизуется, образуя лед. Поскольку это сопровождается увеличением объема, образованию льда препятствует внешнее давление.
Чем оно меньше, тем раньше образуется лед. Поэтому, даже при низком разрежении вода неизбежно превратится в пар, затем в лед.
Как быстро закипает?
Все зависит от степени разрежения. При недостаточной откачке воздуха холодная вода кипеть не будет.
Как только его станет меньше, она начнет переходить в паровую фазу.
Происходить это будет длительное время из-за конденсации. Теоретически можно достичь динамического равновесия, когда скорость испарения и скорость конденсации водяного пара равны.
При высоком разрежении закипание наступит практически мгновенно. Затем пар кристаллизируется из-за понижения температуры до отрицательного значения.
Этот процесс тоже не займет много времени. Теплопроводность пара значительно выше, чем у воды, остывает он быстрее.
Полезное видео
Наглядно кипение воды в вакууме представлено в видео:
Заключение
Исследования поведения воды в условиях разреженного воздуха очень важны. К примеру, в освоении космического пространства. Там процессы происходят в безвоздушной среде, атмосфера как таковая отсутствует. Есть и другие области деятельности человека, где без таких знаний не обойтись.
Точка кипения в вакууме: подробные пояснения –
В этой статье обсуждается температура кипения в вакууме. У нас неправильное представление о кипении или, можно сказать, неправильное представление о том, что кипение связано с температурой.
Температура действительно влияет на температуру кипения, но именно давление играет непосредственную роль в определении точки кипения любого вещества.
В этой статье мы изучим определение точки кипения. Затем мы продолжим наше обсуждение далее с факторами, влияющими на температуру кипения, и как вакуум влияет на температуру кипения любого вещества.
Точка кипения вещества — это просто такое значение поверхностного давления, когда давление паров жидкости становится равным давлению окружающей среды.
Чтобы увеличить давление жидкости, мы повышаем температуру жидкости. Таким образом увеличивается давление. Когда давление паров этой жидкости становится равным давлению окружающей среды, происходит фазовое превращение. Когда давление окружающей среды низкое, вещество начинает кипеть быстрее.
Как рассчитать температуру кипения в вакууме?Когда атмосферное давление такое же низкое, как и вакуум, точка кипения вещества снижается. Температура кипения становится меньше по сравнению с точкой кипения при более высоком давлении окружающей среды.
Мы можем рассчитать температуру кипения любого вещества при любом значении атмосферного давления, используя уравнение Клаузиуса-Клейпейрона. Это уравнение говорит нам о связи между давлением и температурой кипения вещества. Формула приведена в разделе ниже:
По какой формуле рассчитывается температура кипения?Для расчета температуры кипения мы уже обсуждали в предыдущем разделе, что используется уравнение Клаузиуса-Клапейрона. Т
Это уравнение дает прямую связь между температурой кипения и энтальпия, необходимая жидкости для закипания. Мы еще раз обсудим формулу. Он приведен в разделе ниже-
Как вакуум влияет на температуру кипения?Давление окружающей среды напрямую влияет на температуру кипения любого вещества. Когда значение давления пара становится равным значению давления окружающей среды, происходит кипение.
В вакууме давление настолько меньше, что вещество может начать кипеть даже при низких температурах.
Отсюда можно сказать, что в условиях вакуума значение температуры кипения уменьшается по мере уменьшения значения атмосферного давления.
В нормальных условиях температура кипения этанола составляет около 78 градусов по Цельсию. В вакууме температура кипения этанола снижается из-за снижения атмосферного давления.
Значение температуры кипения составляет 36 градусов Цельсия, когда этанол помещают в вакуум. Это происходит потому, что давление окружающей среды значительно снижается, около 760 мм рт. ст. температура кипения остается 78 градусов, а при вакууме 100 мм рт. ст. температура кипения становится 36 градусов.
Вакуумная перегонка повышает температуру кипения?Никакая вакуумная перегонка не повышает температуру кипения. Мы подробно обсудим причины в разделе, данном ниже. Перед этим нам нужно понять, что означает вакуумная перегонка.
Вакуумная перегонка – это процесс понижения давления над перегоняемой смесью, немного ниже атмосферного давления.
Таким образом, давление окружающей среды для смеси изменяется на более низкое значение. Из-за этого температура кипения смеси снижается, а не наоборот.
Нет, кипящая вода внутри вакуума не горячая. Это потому, что температура кипения не зависит напрямую от температуры но давление.
При атмосферном давлении в комнатных условиях температура кипения воды составляет около 100 градусов по Цельсию, но когда мы кипятим воду в условиях вакуума, для кипения воды требуется всего 15 градусов по Цельсию. Это снижение температуры кипения является прямым результатом уменьшения окружающее давление. Следовательно, кипящая вода в вакууме не горячая.
Будет ли спирт кипеть в вакууме?Спирт — это название гидроксильной группы, данное углеродным соединениям, оканчивающимся на -ОН. В общих случаях этанол, который является наиболее часто используемым соединением из группы спиртов, обычно называют спиртом.
Поэтому, когда мы рассматриваем спирт в условиях вакуума, мы имеем в виду этанол в условиях вакуума. Как уже говорилось в предыдущем разделе, этанол кипит быстрее в условиях вакуума, чем в условиях окружающей среды. Это связано с тем, что давление окружающей среды снижается. При нормальных атмосферных условиях этанол кипит при 76 градусах Цельсия, а в условиях вакуума быстрее кипит при 38 градусах Цельсия.
Какова температура кипения изопропилового спирта в вакууме?Изопропиловый спирт представляет собой спирт с тремя атомами углерода. Температура кипения при атмосферных условиях составляет 78 градусов по Цельсию.
Когда мы помещаем изопропиловый спирт в условия вакуума, скажем, вакуум 67 мбар, тогда изопропиловый спирт начнет кипеть при 40 градусах Цельсия. Это происходит из-за снижения давления окружающей среды.
Кровь кипит в вакууме?Если рассматривать только кровь, то в вакууме она закипает быстрее.
Если мы рассмотрим тело в вакууме, то мы пострадаем еще от многих вещей, прежде чем кровь закипит.
Первыми закипают глаза и желчь, так как температура кипения воды в вакууме очень низкая, затем закипит кровь. Кислород, смешанный с кровью, распадается и приводит к состоянию, называемому гипоксией или кислородным голоданием.
Как вакуумная перегонка может снизить очень высокую температуру кипения?Значение вакуумной перегонки уже обсуждалось в предыдущем разделе. Этот процесс следует простому явлению, заключающемуся в том, что низкое давление окружающей среды приводит к низкой температуре кипения.
Давление над смесью несколько снижается за счет вакуумной перегонки. Таким образом, местное давление окружающей среды становится меньше фактического значения. Таким образом, температура кипения смеси также снижается. Таким образом, снижается высокая температура кипения смеси.
Как вода внутри вакуума кипит при более высокой или более низкой температуре?Все, что находится внутри вакуума, кипит при более низкой температуре, чем в атмосферных условиях.
Таким образом, мы можем сказать, что вода также кипит при более низкой температуре, когда находится в вакууме.
Вода в атмосферных условиях закипает при 100 градусах Цельсия, тогда как в вакуумной камере она будет кипеть быстрее при 15 градусах Цельсия. Следовательно, мы можем сказать, что вода холодная, когда она кипит внутри вакуумной камеры.
Почему вода кипит при нормальном давлении в вакууме?Вода кипит при более низкой температуре в вакууме. Это связано с тем, что внешнее давление уменьшается, когда мы говорим о вакууме как об окружающей среде.
Вода будет кипеть быстрее в вакууме при температуре около 15 градусов по Цельсию. Человек, который прикоснется к кипящей воде под вакуумом, не обожжет руки, так как вода будет достаточно холодной.
Точка кипения по вакуумной диаграммеДавление вакуума также может варьироваться, из-за этого будут разные значения температуры кипения. Возьмем пример с водой.
Перечислим значения различных точек кипения и соответствующие значения вакуумметрического давления.
График зависимости температуры кипения от вакуума представлен в виде таблицы, приведенной ниже:
| Температура в градусах Цельсия | Дюймы вакуума |
| 100 | 0.00 |
| 96.11 | 4.92 |
| 90 | 9.23 |
| 80 | 15.94 |
| 70 | 20.72 |
| 60 | 24.04 |
| 50 | 26.28 |
| 40 | 27.75 |
| 30 | 28.65 |
Температура кипения в вакууме: подробные пояснения –
Автор Abhishek
В этой статье обсуждается температура кипения в вакууме. У нас неправильное представление о кипении или, можно сказать, неправильное представление о том, что кипение связано с температурой.
Температура действительно влияет на температуру кипения, но именно давление играет непосредственную роль в определении точки кипения любого вещества.
В этой статье мы изучим определение точки кипения. Затем мы продолжим наше обсуждение далее с факторами, влияющими на температуру кипения, и как вакуум влияет на температуру кипения любого вещества.
Температура кипения вещества – это просто значение поверхностного давления, при котором давление паров жидкости становится равным давлению окружающей среды.
Чтобы увеличить давление жидкости, мы повышаем температуру жидкости. Таким образом увеличивается давление. Когда давление паров этой жидкости становится равным давлению окружающей среды, происходит фазовое превращение. Когда давление окружающей среды низкое, вещество начинает кипеть быстрее .
Как рассчитать температуру кипения в вакууме? Когда давление окружающей среды такое же низкое, как и вакуум, температура кипения вещества снижается. Температура кипения становится меньше по сравнению с точкой кипения при более высоком давлении окружающей среды.
Мы можем рассчитать температуру кипения любого вещества при любом значении атмосферного давления, используя уравнение Клаузиуса Клайпейрона. Это уравнение говорит нам о связи между давлением и температурой кипения вещества. Формула приведена в разделе ниже-
По какой формуле рассчитать температуру кипения?Для расчета температуры кипения мы уже обсуждали в предыдущем разделе, что используется уравнение Клаузиуса-Клапейрона. T
Это уравнение дает прямую связь между точкой кипения и энтальпией, необходимой жидкости для кипения. Мы еще раз обсудим формулу. Он указан в разделе ниже-
Как вакуум влияет на температуру кипения?Окружающее давление напрямую влияет на температуру кипения любого вещества. Когда значение давления пара становится равным значению давления окружающей среды, происходит кипение.
В вакууме давление настолько меньше, что вещество может закипеть даже при низких температурах.
Отсюда можно сказать, что в условиях вакуума значение температуры кипения уменьшается по мере уменьшения значения атмосферного давления.
В нормальных условиях температура кипения этанола составляет около 78 градусов Цельсия. В вакууме температура кипения этанола снижается из-за снижения атмосферного давления.
Значение температуры кипения составляет 36 градусов Цельсия, когда этанол помещают в вакуум. Это происходит потому, что давление окружающей среды значительно снижается, около 760 мм рт. ст. температура кипения остается 78 градусов, а при вакууме 100 мм рт. ст. температура кипения становится 36 градусов.
Выше ли температура кипения при вакуумной перегонке?Без вакуумной перегонки температура кипения не выше. Мы подробно обсудим причины в разделе, данном ниже. Перед этим нам нужно понять, что означает вакуумная перегонка.
Вакуумная перегонка – это процесс понижения давления выше перегоняемой смеси, немного ниже атмосферного давления.
Таким образом, давление окружающей среды для смеси изменяется на более низкое значение. Из-за этого температура кипения смеси снижается, а не наоборот.
Нет, кипящая вода внутри пылесоса не горячая. Это связано с тем, что точка кипения напрямую зависит не от температуры, а от давления.
При атмосферном давлении в комнатных условиях температура кипения воды составляет 100 градусов по Цельсию, но когда мы кипятим воду в условиях вакуума, для кипения воды требуется всего 15 градусов по Цельсию. Это падение температуры кипения является прямым результатом снижения атмосферного давления. Следовательно, кипящая вода в вакууме не горячая.
Будет ли спирт кипеть в вакууме? Спирт – это название гидроксильной группы, данное углеродным соединениям, оканчивающимся на -ОН. В общих случаях этанол, который является наиболее часто используемым соединением из группы спиртов, обычно называют спиртом.
Итак, когда мы рассматриваем спирт в условиях вакуума, мы имеем в виду этанол в условиях вакуума. Как уже говорилось в предыдущем разделе, этанол кипит быстрее в условиях вакуума, чем в условиях окружающей среды. Это связано с тем, что давление окружающей среды снижается. При нормальных атмосферных условиях этанол кипит при 76 градусах Цельсия, а в условиях вакуума быстрее кипит при 38 градусах Цельсия.
Какова температура кипения изопропилового спирта в вакууме?Изопропиловый спирт представляет собой спирт с тремя атомами углерода. Температура кипения при атмосферных условиях составляет 78 градусов по Цельсию.
Когда мы поместим изопропиловый спирт в вакуум, скажем, 67 мбар, тогда изопропиловый спирт начнет кипеть при 40 градусах Цельсия. Это происходит из-за снижения давления окружающей среды.
Кровь кипит в вакууме? Если рассматривать только кровь, то она кипит в вакууме быстрее.
Если мы рассмотрим тело в вакууме, то мы пострадаем еще много раз, прежде чем кровь закипит.
Первыми закипают глаза и желчь, так как температура кипения воды в вакууме очень низкая, потом закипит кровь. Кислород, смешанный с кровью, распадается и приводит к состоянию, называемому гипоксией или кислородным голоданием.
Как вакуумная перегонка может снизить очень высокие температуры кипения?Значение вакуумной перегонки уже обсуждалось в предыдущем разделе. Этот процесс следует простому явлению, заключающемуся в том, что низкое давление окружающей среды приводит к низкой температуре кипения.
Давление над смесью несколько снижается в процессе вакуумной перегонки. Таким образом, местное давление окружающей среды становится меньше фактического значения. Таким образом, температура кипения смеси также снижается. Таким образом, снижается высокая температура кипения смеси.
Как вода внутри вакуума кипит при более высокой или более низкой температуре? Все, что находится в вакууме, кипит при более низкой температуре, чем в атмосферных условиях.
Таким образом, мы можем сказать, что вода также кипит при более низкой температуре, когда находится в вакууме.
Вода в атмосферных условиях закипает при 100 градусах Цельсия, тогда как в вакуумной камере она будет кипеть быстрее при 15 градусах Цельсия. Следовательно, мы можем сказать, что вода холодная, когда она кипит внутри вакуумной камеры.
Почему вода кипит при нормальном давлении в вакууме?Вода кипит при более низкой температуре в вакууме. Это потому, что внешнее давление уменьшается, когда мы говорим о вакууме как об окружающей среде.
Вода будет кипеть быстрее в вакууме при температуре около 15 градусов по Цельсию. Человек, который прикоснется к кипящей воде под вакуумом, не обожжет руки, так как вода будет достаточно холодной.
Точка кипения в вакуумной таблице Вакуумное давление также может варьироваться, из-за этого будут разные значения точек кипения.
Возьмем пример с водой. Перечислим значения различных точек кипения и соответствующие значения вакуумметрического давления.
График зависимости температуры кипения от вакуума представлен в виде таблицы, приведенной ниже:0153 0.00 $\begingroup$ Это может быть очевидный вопрос, но я никогда не слышал, чтобы такое происходило. Возможно ли это как-то с использованием вакуумной камеры для кипячения воды и вращения турбины? $\endgroup$ 96.11 4.92 90 9.23 80 15.94 70 20.72 60 24.04 50 26.28 40 27,75 30 28,65
$\begingroup$
Поскольку вода кипит при комнатной температуре почти в вакууме, можно ли каким-то образом использовать это для выработки электроэнергии?
Да.
Если что-то заставляет воду кипеть, то должен быть поток тепла. Вы можете построить тепловую машину, которая извлекает полезную работу (например, для производства электроэнергии) из этого теплового потока.
Возможно ли это как-то с помощью вакуумной камеры для кипячения воды?
Вакуум не заставляет воду кипеть. Тепло заставляет воду кипеть.
При кипении воды пар уносит тепло. Если вы внезапно подвергнете открытую емкость с водой воздействию вакуума, произойдет две вещи: (1) вода начнет кипеть и (2) вода станет холоднее по мере кипения. Когда вода станет достаточно холодной — может быть, достаточно холодной, чтобы замерзнуть — кипение прекратится.
Для непрерывного кипячения воды при любом давлении необходимо иметь непрерывный подвод тепла.
Итак, вы не спросили, улучшит ли создание вакуума на выходе из паровой турбины ее эффективность?
Вот в чем прикол: На крупных тепловых электростанциях так и делают.
Рабочим телом на крупных тепловых электростанциях является деминерализованная вода, которая течет по замкнутому контуру . нет ничего , но вода в контуре (т. е. нет воздуха), поэтому на холодном конце турбины, где температура может быть такой же низкой, как температура охлаждающей воды, которую они берут из близлежащей реки, давление может быть намного меньше атмосферного — почти вакуум.
$\begingroup$
Ответ “нет”. Паровые турбины используют горячий пар высокого давления. Поскольку этот пар проходит с высокой скоростью через лопатки турбины, он испытывает падение давления и падение температуры. В результате «потеря» энергии пара производит работу, которая вращает турбину, соединенную с электрическим генератором.
При кипении воды в условиях вакуума пар производится из теплосодержания самой воды. Это теплосодержание ограничено, поэтому количество производимого пара ограничено.
Кроме того, поскольку пар производится в условиях вакуума, он имеет очень низкую плотность и очень низкую температуру, поэтому энергии пара недостаточно для работы турбины. Этот факт становится еще более «обременительным», если принять во внимание объем работы, которую должен выполнить связанный с ним вакуумный насос, чтобы создать условия вакуума, необходимые для кипячения воды. Как только рассматривается работа вакуумного насоса, становится очевидным, что эффективность этого процесса НАМНОГО низка, чтобы быть полезным.
$\endgroup$
6
$\begingroup$
В функции машины, нет.
Некоторые биофизики предполагают, что разная степень вакуумного давления может возникать в определенных пределах молекулярных пространств в тканях. НАПРИМЕР. это предлагаемый механизм того, как высокие деревья, например. секвойи, способны поднимать воду так высоко.
(потому что вода испаряется из листьев, и это использует силу вакуума между цепочкой молекул воды, которая доходит до корней.)
Таким образом, в приведенном выше случае может работать биологический вакуум, использующий энергию, которая в противном случае была бы потеряна из-за термодинамического шума. Это не «генерация электричества» по вашему вопросу, а «генерация» энергии
$\endgroup$
$\begingroup$
Второй закон термодинамики требует, чтобы тепловой двигатель вырабатывал электричество, он должен использовать разницу тепла.
Возможно, вы могли бы использовать тот факт, что вода кипит при низком давлении, чтобы создать паровую машину, работающую на разнице между комнатной температурой и 0 градусов по Цельсию. Но давление в конденсационной камере должно быть даже ниже, чем давление в котел, поэтому двигатель, вероятно, будет иметь очень низкую выходную мощность.
Если бы вы на самом деле проектировали двигатель для работы при таком перепаде температур, было бы лучше использовать какую-то другую рабочую жидкость, а не воду, которая могла бы кипеть при комнатной температуре, даже под высоким давлением.
Примечание: Существует причина, по которой двигатель на водной основе не мог работать при температуре холода, которая намного ниже 0 градусов Цельсия. Причина в том, что тройная точка воды расположена при 0 градусах. Поэтому, если вы попытаетесь сохранить конденсатор намного более холодным, чем это, у вас будет твердый лед, образующийся в вашем конденсаторе: не очень хорошая вещь.
$\endgroup$
3
$\begingroup$
Отличный вопрос – ответ нет. На это есть 3 причины:
Вода, закипающая от тепла, будет продолжать кипеть, пока есть больше тепла и воды. В другом ответе здесь упоминается, что вам нужно тепло, чтобы закипеть.
Момент, когда вода в вакуумном контейнере начинает кипеть, также является моментом, когда вакуум начинает исчезать (потому что контейнер заполняется молекулами пара). Итак, когда он начнет кипеть и давление в контейнере увеличится, то, что вызывает кипение (вакуум, а НЕ какой-то «источник тепла»), исчезнет.
Турбины двигаются, потому что их приводит в движение что-то огромное давление. Что-то вроде пара из кипящей воды, и вы можете добавлять все больше и больше давления и силы, кипятя все больше и больше воды. Для простоты предположим, что турбина начинает двигаться с некоторой произвольной силой, скажем, 100 фунтов на квадратный дюйм, и вы получаете этот уровень давления, кипячением большого количества воды.
