दबाव के उदाहरणों पर उबलते तापमान की निर्भरता। तरल पदार्थों का उबलना

उपरोक्त विचारों से यह स्पष्ट है कि किसी तरल का क्वथनांक बाहरी दबाव पर निर्भर होना चाहिए। अवलोकन इसकी पुष्टि करते हैं।

बाहरी दबाव जितना अधिक होगा, क्वथनांक उतना ही अधिक होगा। इस प्रकार, 1.6 × 10 6 Pa तक पहुंचने वाले दबाव पर भाप बॉयलर में, पानी 200 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर भी नहीं उबलता है। चिकित्सा संस्थानों में, भली भांति बंद करके सील किए गए बर्तनों - आटोक्लेव (चित्र 6.11) में भी ऊंचे दबाव पर पानी उबलता है। इसलिए, क्वथनांक 100 डिग्री सेल्सियस से काफी अधिक है। आटोक्लेव का उपयोग सर्जिकल उपकरणों, ड्रेसिंग आदि को स्टरलाइज़ करने के लिए किया जाता है।

और इसके विपरीत, बाहरी दबाव को कम करके, हम क्वथनांक को कम कर देते हैं। वायु पंप की घंटी के नीचे, आप पानी को कमरे के तापमान पर उबाल सकते हैं (चित्र 6.12)। जैसे-जैसे आप पहाड़ों पर चढ़ते हैं, वायुमंडलीय दबाव कम हो जाता है, इसलिए क्वथनांक कम हो जाता है। 7134 मीटर (पामीर में लेनिन शिखर) की ऊंचाई पर दबाव लगभग 4 · 10 4 पा (300 मिमी एचजी) है। वहां पानी लगभग 70 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है। उदाहरण के लिए, इन परिस्थितियों में मांस पकाना असंभव है।

चित्र 6.13 बाहरी दबाव बनाम पानी के क्वथनांक का एक वक्र दिखाता है। यह समझना आसान है कि यह वक्र तापमान पर संतृप्त जलवाष्प दबाव की निर्भरता को व्यक्त करने वाला वक्र भी है।

द्रवों के क्वथनांक में अंतर

प्रत्येक तरल का अपना क्वथनांक होता है। तरल पदार्थों के क्वथनांक में अंतर एक ही तापमान पर उनके संतृप्त वाष्प के दबाव में अंतर से निर्धारित होता है। उदाहरण के लिए, पहले से ही कमरे के तापमान पर ईथर वाष्प का दबाव वायुमंडलीय दबाव के आधे से अधिक होता है। इसलिए, ईथर वाष्प दबाव वायुमंडलीय दबाव के बराबर होने के लिए, तापमान में मामूली वृद्धि (35 डिग्री सेल्सियस तक) की आवश्यकता होती है। पारे में संतृप्त वाष्प होते हैं कमरे का तापमानबहुत कम दबाव. तापमान में उल्लेखनीय वृद्धि (357 डिग्री सेल्सियस तक) के साथ ही पारा वाष्प का दबाव वायुमंडलीय दबाव के बराबर हो जाता है। इस तापमान पर, यदि बाहरी दबाव 105 Pa है, तो पारा उबलता है।

पदार्थों के क्वथनांक में अंतर का व्यापक रूप से प्रौद्योगिकी में उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, पेट्रोलियम उत्पादों को अलग करने में। जब तेल को गर्म किया जाता है, तो उसके सबसे मूल्यवान, अस्थिर हिस्से (गैसोलीन) पहले वाष्पित हो जाते हैं, जिसे इस प्रकार "भारी" अवशेषों (तेल, ईंधन तेल) से अलग किया जा सकता है।

कोई तरल तब उबलता है जब उसका संतृप्त वाष्प दबाव तरल के अंदर के दबाव के बराबर हो जाता है।

§ 6.6. वाष्पीकरण की गर्मी

क्या तरल को वाष्प में बदलने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है? सबसे अधिक संभावना हां! यही है ना

हमने नोट किया (§ 6.1 देखें) कि किसी तरल पदार्थ का वाष्पीकरण उसके ठंडा होने के साथ होता है। वाष्पित होने वाले तरल का तापमान अपरिवर्तित बनाए रखने के लिए बाहर से गर्मी की आपूर्ति करना आवश्यक है। बेशक, गर्मी को आसपास के पिंडों से तरल में स्थानांतरित किया जा सकता है। इस प्रकार, गिलास में पानी वाष्पित हो जाता है, लेकिन पानी का तापमान, परिवेश के तापमान से थोड़ा कम, अपरिवर्तित रहता है। ऊष्मा को हवा से पानी में तब तक स्थानांतरित किया जाता है जब तक कि सारा पानी वाष्पित न हो जाए।

पानी (या अन्य तरल) के उबलने को बनाए रखने के लिए, इसमें लगातार गर्मी की आपूर्ति भी की जानी चाहिए, उदाहरण के लिए, इसे बर्नर से गर्म करके। इस स्थिति में, पानी और बर्तन का तापमान नहीं बढ़ता है, लेकिन हर सेकंड एक निश्चित मात्रा में भाप उत्पन्न होती है।

इस प्रकार, किसी तरल को वाष्पीकरण द्वारा या उबालकर वाष्प में परिवर्तित करने के लिए ऊष्मा के इनपुट की आवश्यकता होती है। किसी तरल पदार्थ के द्रव्यमान को उसी तापमान पर वाष्प में परिवर्तित करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा को इस तरल के वाष्पीकरण की ऊष्मा कहा जाता है।

शरीर को आपूर्ति की गई ऊर्जा किस पर खर्च होती है? सबसे पहले, संक्रमण के दौरान अपनी आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाना तरल अवस्थागैसीय में: आखिरकार, इस मामले में पदार्थ का आयतन तरल के आयतन से संतृप्त वाष्प के आयतन तक बढ़ जाता है। नतीजतन, अणुओं के बीच औसत दूरी बढ़ जाती है, और इसलिए उनकी संभावित ऊर्जा बढ़ जाती है।

इसके अलावा, जैसे-जैसे किसी पदार्थ का आयतन बढ़ता है, बाहरी दबाव बलों के विरुद्ध कार्य किया जाता है। कमरे के तापमान पर वाष्पीकरण की गर्मी का यह हिस्सा आमतौर पर वाष्पीकरण की कुल गर्मी का कई प्रतिशत होता है।

वाष्पीकरण की ऊष्मा तरल के प्रकार, उसके द्रव्यमान और तापमान पर निर्भर करती है। तरल के प्रकार पर वाष्पीकरण की गर्मी की निर्भरता को वाष्पीकरण की विशिष्ट गर्मी नामक मूल्य द्वारा दर्शाया जाता है।

किसी दिए गए तरल के वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा किसी तरल के वाष्पीकरण की ऊष्मा और उसके द्रव्यमान का अनुपात है:

(6.6.1)

कहाँ आर - विशिष्ट ऊष्मातरल वाष्पीकरण; टी- तरल का द्रव्यमान; क्यू एन- यह वाष्पीकरण की गर्मी है। वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा की SI इकाई जूल प्रति किलोग्राम (J/kg) है।

पानी के वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा बहुत अधिक होती है: 100 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 2.256·10 6 J/kg। अन्य तरल पदार्थों (शराब, ईथर, पारा, मिट्टी का तेल, आदि) के लिए वाष्पीकरण की विशिष्ट गर्मी 3-10 गुना कम है।

किसी तरल के वाष्पित होने पर उसे ठंडा करने की घटना का उपयोग करना; दबाव पर पानी के क्वथनांक की निर्भरता।

वाष्पीकरण के दौरान कोई पदार्थ तरल अवस्था से गैसीय अवस्था (भाप) में चला जाता है। वाष्पीकरण दो प्रकार का होता है: वाष्पीकरण और उबलना।

वाष्पीकरण- यह किसी तरल पदार्थ की मुक्त सतह से होने वाला वाष्पीकरण है।

वाष्पीकरण कैसे होता है? हम जानते हैं कि किसी भी तरल के अणु निरंतर और यादृच्छिक गति में होते हैं, उनमें से कुछ तेज़ गति से चलते हैं, अन्य धीमी गति से। उन्हें एक-दूसरे के प्रति आकर्षण की शक्तियों द्वारा उड़ने से रोका जाता है। हालाँकि, यदि तरल की सतह पर पर्याप्त उच्च गतिज ऊर्जा वाला एक अणु है, तो यह अंतर-आणविक आकर्षण की ताकतों पर काबू पाने और तरल से बाहर निकलने में सक्षम होगा। यही बात किसी अन्य तेज़ अणु के साथ, दूसरे, तीसरे आदि के साथ दोहराई जाएगी। बाहर उड़ते हुए, ये अणु तरल के ऊपर वाष्प बनाते हैं। इस भाप का निर्माण वाष्पीकरण है।

चूंकि वाष्पीकरण के दौरान सबसे तेज़ अणु तरल से बाहर निकलते हैं, औसत गतिज ऊर्जातरल में कम और कम अणु बचे हैं। इसके चलते यह हुआ वाष्पित होने वाले द्रव का तापमान कम हो जाता है: द्रव ठंडा हो गया है. यही कारण है कि, विशेष रूप से, गीले कपड़ों में एक व्यक्ति सूखे कपड़ों की तुलना में अधिक ठंडा महसूस करता है (विशेषकर हवा में)।

साथ ही, हर कोई जानता है कि यदि आप एक गिलास में पानी डालते हैं और इसे मेज पर छोड़ देते हैं, तो वाष्पीकरण के बावजूद, यह लगातार ठंडा नहीं होगा, ठंडा और ठंडा हो जाएगा जब तक कि यह जम न जाए। इसे कौन रोक रहा है? इसका उत्तर बहुत सरल है: पानी और कांच के आसपास की गर्म हवा के बीच ताप विनिमय।

वाष्पीकरण के दौरान किसी तरल का ठंडा होना उस स्थिति में अधिक ध्यान देने योग्य होता है जब वाष्पीकरण काफी तेजी से होता है (ताकि तरल के पास गर्मी विनिमय के कारण अपना तापमान बहाल करने का समय न हो) पर्यावरण). ईथर, अल्कोहल और गैसोलीन जैसे कमजोर अंतर-आणविक आकर्षक बलों वाले वाष्पशील तरल पदार्थ जल्दी से वाष्पित हो जाते हैं। अगर आप ऐसा तरल पदार्थ अपने हाथ पर गिराएंगे तो आपको ठंड लगेगी। हाथ की सतह से वाष्पित होकर, ऐसा तरल ठंडा हो जाएगा और उसमें से कुछ गर्मी निकाल लेगा।

तेजी से वाष्पित होने वाले पदार्थ पाए जाते हैं व्यापक अनुप्रयोगप्रौद्योगिकी में. उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में, वंश वाहनों को ऐसे पदार्थों से लेपित किया जाता है। ग्रह के वायुमंडल से गुजरते समय, उपकरण का शरीर घर्षण के परिणामस्वरूप गर्म हो जाता है, और इसे ढकने वाला पदार्थ वाष्पित होने लगता है। जैसे ही यह वाष्पित होता है, यह अंतरिक्ष यान को ठंडा करता है, जिससे यह अधिक गरम होने से बच जाता है।

वाष्पीकरण के दौरान पानी को ठंडा करने का उपयोग हवा की नमी को मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरणों में भी किया जाता है - साइकोमीटर(ग्रीक "साइक्रोस" से - ठंडा)। साइकोमीटर में दो थर्मामीटर होते हैं। उनमें से एक (सूखा) हवा का तापमान दिखाता है, और दूसरा (जिसका भंडार पानी में डूबा हुआ कैम्ब्रिक से बंधा होता है) अधिक दिखाता है हल्का तापमान, गीले कैम्ब्रिक से वाष्पीकरण की तीव्रता के कारण। हवा जितनी सूखी होगी जिसकी आर्द्रता मापी जाती है, वाष्पीकरण उतना ही अधिक होगा और इसलिए वेट-बल्ब रीडिंग कम होगी। और इसके विपरीत, हवा में नमी जितनी अधिक होगी, वाष्पीकरण उतना ही कम होगा और इसलिए यह थर्मामीटर उतना अधिक तापमान दिखाएगा। शुष्क और आर्द्र थर्मामीटर की रीडिंग के आधार पर, प्रतिशत के रूप में व्यक्त वायु आर्द्रता, एक विशेष (साइकोमेट्रिक) तालिका का उपयोग करके निर्धारित की जाती है। उच्चतम आर्द्रता 100% है (इस वायु आर्द्रता पर, वस्तुओं पर ओस दिखाई देती है)। मनुष्यों के लिए सबसे अनुकूल आर्द्रता 40 से 60% के बीच मानी जाती है।

सरल प्रयोगों की सहायता से यह स्थापित करना आसान है कि वाष्पीकरण की दर तरल के बढ़ते तापमान के साथ-साथ इसकी मुक्त सतह के बढ़ते क्षेत्र और हवा की उपस्थिति में बढ़ती है।

हवा चलने पर तरल तेजी से वाष्पित क्यों हो जाता है? तथ्य यह है कि तरल की सतह पर वाष्पीकरण के साथ-साथ विपरीत प्रक्रिया भी होती है - वाष्पीकरण. संघनन इस तथ्य के कारण होता है कि वाष्प के कुछ अणु, तरल के ऊपर बेतरतीब ढंग से घूमते हुए, फिर से उसमें लौट आते हैं। हवा तरल पदार्थ से बाहर निकलने वाले अणुओं को अपने साथ ले जाती है और उन्हें वापस लौटने नहीं देती है।

संघनन तब भी हो सकता है जब वाष्प तरल के संपर्क में न हो। उदाहरण के लिए, यह संघनन है, जो बादलों के निर्माण की व्याख्या करता है: वायुमंडल की ठंडी परतों में जमीन से ऊपर उठने वाले जल वाष्प के अणुओं को पानी की छोटी बूंदों में समूहित किया जाता है, जिनके संचय से बादल बनते हैं। वायुमंडल में जलवाष्प के संघनन के कारण भी वर्षा और ओस होती है।

उबलते तापमान की दबाव पर निर्भरता

पानी का क्वथनांक 100°C है; कोई सोच सकता है कि यह पानी का एक अंतर्निहित गुण है, कि पानी, चाहे वह कहीं भी और किसी भी स्थिति में हो, हमेशा 100°C पर उबलेगा।

लेकिन ऐसा नहीं है और ऊंचे पर्वतीय गांवों के निवासी इस बात से अच्छी तरह वाकिफ हैं।

एल्ब्रस के शीर्ष के पास पर्यटकों के लिए एक घर है और वैज्ञानिक स्टेशन. शुरुआती लोग कभी-कभी इस बात से आश्चर्यचकित हो जाते हैं कि "उबलते पानी में अंडे को उबालना कितना मुश्किल है" या "उबलता पानी जलता क्यों नहीं है।" इन परिस्थितियों में, उन्हें बताया जाता है कि एल्ब्रस के शीर्ष पर पानी पहले से ही 82°C पर उबलता है।

क्या बात क्या बात? कौन सा भौतिक कारक उबलने की घटना में हस्तक्षेप करता है? समुद्र तल से ऊँचाई का क्या महत्व है?

यह भौतिक कारक तरल की सतह पर कार्य करने वाला दबाव है। जो कहा गया है उसकी सत्यता को सत्यापित करने के लिए आपको किसी पहाड़ की चोटी पर चढ़ने की आवश्यकता नहीं है।

एक घंटी के नीचे गर्म पानी रखकर और वहां से पंप करके या हवा बाहर निकालकर, आप यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि दबाव बढ़ने पर क्वथनांक बढ़ जाता है और दबाव घटने पर कम हो जाता है।

पानी 100 डिग्री सेल्सियस पर केवल एक निश्चित दबाव - 760 मिमी एचजी पर उबलता है। कला। (या 1 एटीएम).

क्वथनांक बनाम दबाव वक्र चित्र में दिखाया गया है। 4.2. एल्ब्रस के शीर्ष पर दबाव 0.5 एटीएम है, और यह दबाव 82°C के क्वथनांक से मेल खाता है।

चावल। 4.2

लेकिन पानी 10-15 mmHg पर उबल रहा है। कला।, आप अपने आप को ताज़ा कर सकते हैं गर्म मौसम. इस दबाव पर क्वथनांक 10-15°C तक गिर जाएगा।

आप "उबलता हुआ पानी" भी प्राप्त कर सकते हैं, जिसका तापमान जमने वाले पानी के समान होता है। ऐसा करने के लिए, आपको दबाव को 4.6 मिमी एचजी तक कम करना होगा। कला।

यदि आप घंटी के नीचे पानी का एक खुला बर्तन रखें और हवा को बाहर निकालें तो एक दिलचस्प तस्वीर देखी जा सकती है। पंप करने से पानी उबल जाएगा, लेकिन उबालने के लिए गर्मी की आवश्यकता होती है। इसे लेने के लिए कहीं नहीं है, और पानी को अपनी ऊर्जा छोड़नी होगी। उबलते पानी का तापमान गिरना शुरू हो जाएगा, लेकिन जैसे-जैसे पंपिंग जारी रहेगी, दबाव भी कम हो जाएगा। इसलिए, उबलना बंद नहीं होगा, पानी ठंडा होता रहेगा और अंततः जम जाएगा।

ऐसा उबाल ठंडा पानीन केवल हवा पंप करते समय होता है। उदाहरण के लिए, जब जहाज का प्रोपेलर घूमता है, तो धातु की सतह के पास पानी की तेजी से चलती परत में दबाव बहुत कम हो जाता है और इस परत में पानी उबलने लगता है, यानी इसमें भाप से भरे कई बुलबुले दिखाई देने लगते हैं। इस घटना को गुहिकायन (से) कहा जाता है लैटिन शब्दकैविटास - गुहा)।

दबाव कम करके, हम क्वथनांक कम कर देते हैं। और इसे बढ़ाकर? हमारे जैसा ग्राफ़ इस प्रश्न का उत्तर देता है। 15 एटीएम का दबाव पानी के उबलने में देरी कर सकता है, यह केवल 200 डिग्री सेल्सियस पर शुरू होगा, और 80 एटीएम का दबाव पानी को केवल 300 डिग्री सेल्सियस पर उबलने देगा।

तो, एक निश्चित बाहरी दबाव एक निश्चित क्वथनांक से मेल खाता है। लेकिन इस कथन को यह कहकर "बदला" जा सकता है: पानी का प्रत्येक क्वथनांक अपने विशिष्ट दबाव से मेल खाता है। इस दबाव को वाष्प दबाव कहा जाता है।

दबाव के फलन के रूप में क्वथनांक को दर्शाने वाला वक्र तापमान के फलन के रूप में वाष्प दबाव का वक्र भी है।

क्वथनांक ग्राफ़ (या वाष्प दबाव ग्राफ़) पर अंकित संख्याएँ दर्शाती हैं कि तापमान के साथ वाष्प दबाव बहुत तेजी से बदलता है। 0°C (अर्थात 273 K) पर वाष्प दबाव 4.6 mmHg है। कला., 100°C (373 K) पर यह 760 मिमी Hg के बराबर है। कला., यानी 165 गुना बढ़ जाती है. जब तापमान दोगुना हो जाता है (0°C, यानी 273 K से, 273°C, यानी 546 K तक), वाष्प का दबाव 4.6 मिमी Hg से बढ़ जाता है। कला। लगभग 60 एटीएम तक, यानी लगभग 10,000 बार।

इसलिए, इसके विपरीत, क्वथनांक दबाव के साथ धीरे-धीरे बदलता है। जब दबाव 0.5 एटीएम से दोगुना होकर 1 एटीएम हो जाता है, तो क्वथनांक 82°C (355 K) से बढ़कर 100°C (373 K) हो जाता है और जब दबाव 1 से 2 एटीएम तक दोगुना हो जाता है - 100°C (373 K) से बढ़ जाता है। 120°C (393 K) तक।

वही वक्र जिस पर हम अब विचार कर रहे हैं वह पानी में भाप के संघनन (संक्षेपण) को भी नियंत्रित करता है।

भाप को संपीड़न या ठंडा करके पानी में परिवर्तित किया जा सकता है।

उबलने के दौरान और संघनन के दौरान, बिंदु तब तक वक्र से नहीं हटेगा जब तक भाप का पानी में या पानी का भाप में रूपांतरण पूरा नहीं हो जाता। इसे इस प्रकार भी तैयार किया जा सकता है: हमारे वक्र की स्थितियों के तहत और केवल इन स्थितियों के तहत, तरल और वाष्प का सह-अस्तित्व संभव है। यदि गर्मी नहीं जोड़ी जाती या हटाई नहीं जाती, तो बंद बर्तन में भाप और तरल की मात्रा अपरिवर्तित रहेगी। ऐसे वाष्प और तरल को संतुलन में कहा जाता है, और जो वाष्प अपने तरल के साथ संतुलन में होता है उसे संतृप्त कहा जाता है।

उबलना और संघनन वक्र, जैसा कि हम देखते हैं, का एक और अर्थ है: यह तरल और वाष्प का संतुलन वक्र है। संतुलन वक्र आरेख क्षेत्र को दो भागों में विभाजित करता है। बाएँ और ऊपर (को) उच्च तापमानऔर कम दबाव) भाप की स्थिर अवस्था का एक क्षेत्र है। दायीं ओर और नीचे तरल की स्थिर अवस्था का क्षेत्र है।

वाष्प-तरल संतुलन वक्र, यानी, दबाव पर क्वथनांक की निर्भरता का वक्र या, जो समान है, तापमान पर वाष्प दबाव, सभी तरल पदार्थों के लिए लगभग समान है। कुछ मामलों में परिवर्तन कुछ हद तक अचानक हो सकता है, दूसरों में कुछ हद तक धीमा, लेकिन बढ़ते तापमान के साथ वाष्प का दबाव हमेशा तेजी से बढ़ता है।

हम पहले ही कई बार "गैस" और "भाप" शब्दों का प्रयोग कर चुके हैं। ये दोनों शब्द बिल्कुल बराबर हैं। हम कह सकते हैं: जल गैस जल वाष्प है, ऑक्सीजन गैस ऑक्सीजन तरल वाष्प है। फिर भी, इन दो शब्दों का प्रयोग करते समय एक निश्चित आदत विकसित हो गई है। चूँकि हम एक निश्चित अपेक्षाकृत छोटे तापमान रेंज के आदी हैं, हम आमतौर पर "गैस" शब्द का प्रयोग उन पदार्थों के लिए करते हैं जिनकी सामान्य तापमान पर वाष्प लोच वायुमंडलीय दबाव से अधिक होती है। इसके विपरीत, हम वाष्प के बारे में बात करते हैं, जब कमरे के तापमान और वायुमंडलीय दबाव पर, पदार्थ तरल के रूप में अधिक स्थिर होता है।

>>भौतिकी: तापमान पर संतृप्त वाष्प दबाव की निर्भरता। उबलना

तरल न केवल वाष्पित हो जाता है. एक निश्चित तापमान पर यह उबल जाता है।
तापमान पर संतृप्त वाष्प दबाव की निर्भरता. संतृप्त भाप की स्थिति, जैसा कि अनुभव से पता चलता है (हमने पिछले पैराग्राफ में इस बारे में बात की थी), लगभग एक आदर्श गैस की स्थिति के समीकरण (10.4) द्वारा वर्णित है, और इसका दबाव सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, दबाव बढ़ता है। क्योंकि संतृप्त वाष्प का दबाव आयतन पर निर्भर नहीं करता है, इसलिए यह केवल तापमान पर निर्भर करता है।
हालाँकि, निर्भरता आर एन.पी.से टीप्रयोगात्मक रूप से पाया गया, स्थिर आयतन पर एक आदर्श गैस की तरह सीधे आनुपातिक नहीं है। बढ़ते तापमान के साथ, वास्तविक संतृप्त वाष्प का दबाव एक आदर्श गैस के दबाव की तुलना में तेजी से बढ़ता है ( चित्र.11.1, वक्र का भाग अब). यह स्पष्ट हो जाता है यदि हम बिंदुओं के माध्यम से एक आदर्श गैस के आइसोकोर खींचते हैं एऔर में(धराशायी पंक्तियाँ)। ऐसा क्यों हो रहा है?

जब किसी तरल पदार्थ को बंद बर्तन में गर्म किया जाता है, तो कुछ तरल भाप में बदल जाता है। परिणामस्वरूप, सूत्र (11.1) के अनुसार संतृप्त वाष्प का दबाव न केवल तरल के तापमान में वृद्धि के कारण बढ़ता है, बल्कि वाष्प के अणुओं की सांद्रता (घनत्व) में वृद्धि के कारण भी बढ़ता है।. मूल रूप से, बढ़ते तापमान के साथ दबाव में वृद्धि एकाग्रता में वृद्धि से सटीक रूप से निर्धारित होती है। एक आदर्श गैस और संतृप्त भाप के व्यवहार में मुख्य अंतर यह है कि जब एक बंद बर्तन में भाप का तापमान बदलता है (या जब स्थिर तापमान पर मात्रा बदलती है), तो भाप का द्रव्यमान बदल जाता है। तरल आंशिक रूप से वाष्प में बदल जाता है, या, इसके विपरीत, वाष्प आंशिक रूप से संघनित हो जाता है। साथ आदर्श गैसऐसा कुछ नहीं होता.
जब सारा तरल वाष्पित हो जाएगा, तो आगे गर्म करने पर भाप संतृप्त होना बंद हो जाएगी और स्थिर आयतन पर इसका दबाव सीधे अनुपात में बढ़ जाएगा निरपेक्ष तापमान(सेमी। चित्र.11.1, वक्र का भाग सूरज).
. जैसे-जैसे तरल का तापमान बढ़ता है, वाष्पीकरण की दर बढ़ती है। अंत में, तरल उबलना शुरू हो जाता है। उबलने पर, तरल की पूरी मात्रा में तेजी से बढ़ते वाष्प के बुलबुले बनते हैं, जो सतह पर तैरते हैं। द्रव का क्वथनांक स्थिर रहता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि तरल को आपूर्ति की गई सारी ऊर्जा उसे वाष्प में बदलने में खर्च हो जाती है। उबलना किन परिस्थितियों में शुरू होता है?
एक तरल में हमेशा घुली हुई गैसें होती हैं, जो बर्तन के तल और दीवारों के साथ-साथ तरल में निलंबित धूल के कणों पर भी निकलती हैं, जो वाष्पीकरण के केंद्र हैं। बुलबुले के अंदर तरल वाष्प संतृप्त होते हैं। बढ़ते तापमान के साथ दबाव संतृप्त वाष्पबढ़ता है और बुलबुले आकार में बढ़ जाते हैं। उत्प्लावन बल के प्रभाव में वे ऊपर की ओर तैरते हैं। यदि तरल की ऊपरी परतों का तापमान कम है, तो इन परतों में बुलबुले के रूप में वाष्प संघनन होता है। दबाव तेजी से गिरता है और बुलबुले ढह जाते हैं। पतन इतनी तेजी से होता है कि बुलबुले की दीवारें टकराती हैं, जिससे विस्फोट जैसा कुछ होता है। ऐसे कई सूक्ष्म विस्फोट एक विशिष्ट शोर पैदा करते हैं। जब तरल पर्याप्त गर्म हो जाएगा, तो बुलबुले गिरना बंद हो जाएंगे और सतह पर तैरने लगेंगे। तरल उबल जाएगा. स्टोव पर केतली को ध्यान से देखें। आप पाएंगे कि उबलने से पहले यह लगभग शोर करना बंद कर देता है।
तापमान पर संतृप्त वाष्प दबाव की निर्भरता बताती है कि किसी तरल का क्वथनांक उसकी सतह पर दबाव पर क्यों निर्भर करता है। वाष्प का बुलबुला तब बढ़ सकता है जब उसके अंदर संतृप्त वाष्प का दबाव तरल में दबाव से थोड़ा अधिक हो जाता है, जो तरल की सतह पर हवा के दबाव (बाहरी दबाव) और तरल स्तंभ के हाइड्रोस्टेटिक दबाव का योग होता है।
आइए इस तथ्य पर ध्यान दें कि तरल का वाष्पीकरण क्वथनांक से नीचे के तापमान पर होता है, और केवल उबलने के दौरान तरल की सतह से, तरल की पूरी मात्रा में वाष्प का निर्माण होता है;
उबलना उस तापमान पर शुरू होता है जिस पर बुलबुले में संतृप्त वाष्प का दबाव तरल में दबाव के बराबर होता है।
बाहरी दबाव जितना अधिक होगा, क्वथनांक उतना ही अधिक होगा. इस प्रकार, 1.6 10 6 Pa तक पहुंचने वाले दबाव पर भाप बॉयलर में, पानी 200 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर भी नहीं उबलता है। चिकित्सा संस्थानों में भली भांति बंद करके सीलबंद बर्तनों में - आटोक्लेव ( चित्र.11.2) पानी का उबलना ऊंचे दबाव पर भी होता है। इसलिए, तरल का क्वथनांक 100°C से बहुत अधिक है। आटोक्लेव का उपयोग सर्जिकल उपकरणों आदि को स्टरलाइज़ करने के लिए किया जाता है।

और इसके विपरीत, बाहरी दबाव को कम करके, हम क्वथनांक को कम कर देते हैं. फ्लास्क से हवा और जलवाष्प को बाहर निकालकर, आप पानी को कमरे के तापमान पर उबाल सकते हैं ( चित्र.11.3). जैसे-जैसे आप पहाड़ों पर चढ़ते हैं, वायुमंडलीय दबाव कम हो जाता है, इसलिए क्वथनांक कम हो जाता है। 7134 मीटर (पामीर में लेनिन शिखर) की ऊंचाई पर दबाव लगभग 4 10 4 पा (300 मिमी एचजी) है। वहां पानी लगभग 70°C पर उबलता है। इन परिस्थितियों में मांस पकाना असंभव है।

प्रत्येक तरल का अपना क्वथनांक होता है, जो उसके संतृप्त वाष्प दबाव पर निर्भर करता है। संतृप्त वाष्प दबाव जितना अधिक होगा, तरल का क्वथनांक उतना ही कम होगा, क्योंकि कम तापमान पर संतृप्त वाष्प दबाव वायुमंडलीय दबाव के बराबर हो जाता है। उदाहरण के लिए, 100°C के क्वथनांक पर, पानी का संतृप्त वाष्प दबाव 101,325 Pa (760 मिमी Hg) है, और पारा वाष्प का दबाव केवल 117 Pa (0.88 मिमी Hg) है। पारा 357°C के तापमान पर उबलता है सामान्य दबाव.
कोई तरल तब उबलता है जब उसका संतृप्त वाष्प दबाव तरल के अंदर के दबाव के बराबर हो जाता है।

???
1. बढ़ते दबाव के साथ क्वथनांक क्यों बढ़ता है?
2. उबलने के लिए बुलबुलों में संतृप्त वाष्प का दबाव बढ़ाना न कि उनमें हवा का दबाव बढ़ाना क्यों महत्वपूर्ण है?
3. बर्तन को ठंडा करते समय तरल पदार्थ को कैसे उबालें? (यह प्रश्न आसान नहीं है।)

जी.या.मायाकिशेव, बी.बी.बुखोवत्सेव, एन.एन.सोत्स्की, भौतिकी 10वीं कक्षा

पाठ सामग्री पाठ नोट्सफ़्रेम पाठ प्रस्तुति त्वरण विधियों इंटरैक्टिव तकनीकों का समर्थन करना अभ्यास कार्य और अभ्यास स्व-परीक्षण कार्यशालाएँ, प्रशिक्षण, मामले, प्रश्न, होमवर्क चर्चा प्रश्न, छात्रों से अलंकारिक प्रश्न रेखांकन ऑडियो, वीडियो क्लिप और मल्टीमीडियातस्वीरें, चित्र, ग्राफिक्स, टेबल, आरेख, हास्य, उपाख्यान, चुटकुले, कॉमिक्स, दृष्टान्त, कहावतें, वर्ग पहेली, उद्धरण ऐड-ऑन एब्सट्रैक्टजिज्ञासु क्रिब्स पाठ्यपुस्तकों के लिए आलेख ट्रिक्स, अन्य शब्दों का बुनियादी और अतिरिक्त शब्दकोश पाठ्यपुस्तकों और पाठों में सुधार करनापाठ्यपुस्तक में त्रुटियों को सुधारनापाठ्यपुस्तक में एक अंश को अद्यतन करना, पाठ में नवाचार के तत्व, पुराने ज्ञान को नए से बदलना केवल शिक्षकों के लिए उत्तम पाठ वर्ष के लिए कैलेंडर योजना पद्धति संबंधी सिफ़ारिशेंचर्चा कार्यक्रम एकीकृत पाठ

यदि आपके पास इस पाठ के लिए सुधार या सुझाव हैं,

लोग पानी को सीधे इस्तेमाल करने से पहले उबालना क्यों शुरू कर देते हैं? यह सही है, अपने आप को कई लोगों से बचाने के लिए रोगजनक बैक्टीरियाऔर वायरस. यह परंपरा पीटर द ग्रेट से पहले भी मध्ययुगीन रूस के क्षेत्र में आई थी, हालांकि ऐसा माना जाता है कि यह वह था जो देश में पहला समोवर लाया और इत्मीनान से शाम को चाय पीने की रस्म शुरू की। वास्तव में, हमारे लोग पहले भी कुछ प्रकार के समोवर का उपयोग करते थे प्राचीन रूस'जड़ी-बूटियों, जामुनों और जड़ों से पेय तैयार करने के लिए। यहां कीटाणुशोधन के बजाय मुख्य रूप से उपयोगी पौधों के अर्क निकालने के लिए उबालने की आवश्यकता थी। आख़िरकार, उस समय उस सूक्ष्म जगत के बारे में भी पता नहीं था जहां ये बैक्टीरिया और वायरस रहते थे। हालाँकि, उबालने की बदौलत हमारा देश हैजा या डिप्थीरिया जैसी भयानक बीमारियों की वैश्विक महामारी से बच गया।

सेल्सीयस

स्वीडन के महान मौसम विज्ञानी, भूविज्ञानी और खगोलशास्त्री ने सामान्य परिस्थितियों में पानी के हिमांक को इंगित करने के लिए मूल रूप से 100 डिग्री के मान का उपयोग किया था, और पानी के क्वथनांक को शून्य डिग्री माना जाता था। और 1744 में उनकी मृत्यु के बाद, कोई कम नहीं प्रसिद्ध व्यक्ति, वनस्पतिशास्त्री कार्ल लिनिअस और सेल्सियस रिसीवर मोर्टन स्ट्रेमर ने उपयोग को आसान बनाने के लिए इस पैमाने को उलट दिया। हालाँकि, अन्य स्रोतों के अनुसार, सेल्सियस ने अपनी मृत्यु से कुछ समय पहले स्वयं ऐसा किया था। लेकिन किसी भी मामले में, रीडिंग की स्थिरता और समझने योग्य अंशांकन ने उस समय के सबसे प्रतिष्ठित वैज्ञानिक व्यवसायों - रसायनज्ञों के बीच इसके उपयोग के व्यापक प्रसार को प्रभावित किया। और, इस तथ्य के बावजूद कि, उलटे, 100 डिग्री के स्केल चिह्न ने पानी के स्थिर क्वथनांक को स्थापित किया, न कि इसके जमने की शुरुआत को, पैमाने पर इसके प्राथमिक निर्माता, सेल्सियस का नाम अंकित होना शुरू हुआ।

वातावरण के नीचे

हालाँकि, सब कुछ उतना सरल नहीं है जितना पहली नज़र में लगता है। पी-टी या पी-एस निर्देशांक (एन्ट्रॉपी एस तापमान का प्रत्यक्ष कार्य है) में किसी भी चरण आरेख को देखते हुए, हम देखते हैं कि तापमान और दबाव कितने निकट से संबंधित हैं। इसी प्रकार पानी दबाव के आधार पर अपना मान बदलता है। और कोई भी पर्वतारोही इस संपत्ति से अच्छी तरह परिचित है। जिस किसी ने भी अपने जीवन में कम से कम एक बार समुद्र तल से 2000-3000 मीटर से ऊपर की ऊंचाई का अनुभव किया है, वह जानता है कि ऊंचाई पर सांस लेना कितना मुश्किल होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि हम जितना ऊपर उठते हैं, हवा उतनी ही पतली होती जाती है। वायुमंडलीय दबाव एक वायुमंडल से नीचे चला जाता है (समुद्र तल से नीचे, यानी नीचे) सामान्य स्थितियाँ")। पानी का क्वथनांक भी कम हो जाता है। प्रत्येक ऊंचाई पर दबाव के आधार पर, यह अस्सी और साठ दोनों पर उबल सकता है

प्रैशर कूकर

हालाँकि, यह याद रखना चाहिए कि हालाँकि अधिकांश रोगाणु साठ डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर मर जाते हैं, लेकिन कई अस्सी डिग्री या उससे अधिक तापमान पर भी जीवित रह सकते हैं। इसीलिए हम पानी को उबालते हैं, यानी हम उसका तापमान 100 डिग्री सेल्सियस तक लाते हैं। हालाँकि, ऐसे दिलचस्प रसोई उपकरण हैं जो आपको समय कम करने और तरल को उच्च तापमान तक गर्म करने की अनुमति देते हैं, बिना इसे उबाले या वाष्पीकरण के माध्यम से द्रव्यमान खोए बिना। यह महसूस करते हुए कि पानी का क्वथनांक दबाव के आधार पर बदल सकता है, संयुक्त राज्य अमेरिका के इंजीनियरों ने, एक फ्रांसीसी प्रोटोटाइप के आधार पर, 1920 के दशक में दुनिया को प्रेशर कुकर से परिचित कराया। इसके संचालन का सिद्धांत इस तथ्य पर आधारित है कि भाप के निकलने की संभावना के बिना, ढक्कन को दीवारों के खिलाफ कसकर दबाया जाता है। अंदर बनाया गया उच्च रक्तचाप, और पानी अधिक उबलता है उच्च तापमान. हालाँकि, ऐसे उपकरण काफी खतरनाक होते हैं और अक्सर विस्फोट और उपयोगकर्ताओं के गंभीर रूप से जलने का कारण बनते हैं।

आदर्श रूप में

आइए देखें कि यह प्रक्रिया कैसे शुरू होती है और कैसे आगे बढ़ती है। आइए हम एक आदर्श रूप से चिकनी और असीम रूप से बड़ी हीटिंग सतह की कल्पना करें, जहां गर्मी वितरण समान रूप से होता है (सतह के प्रत्येक वर्ग मिलीमीटर को थर्मल ऊर्जा की समान मात्रा की आपूर्ति की जाती है), और सतह खुरदरापन गुणांक शून्य हो जाता है। इस मामले में, एन. यू एक लामिना सीमा परत में उबलना पूरे सतह क्षेत्र पर एक साथ शुरू होगा और तुरंत होगा, जिससे इसकी सतह पर स्थित तरल की पूरी इकाई मात्रा तुरंत वाष्पित हो जाएगी। यह आदर्श स्थितियाँ, वी वास्तविक जीवनऐसा नहीं होता.

यथार्थ में

आइए जानें कि पानी का प्रारंभिक क्वथनांक क्या है। दबाव के आधार पर यह अपने मूल्यों को भी बदलता है, लेकिन यहां मुख्य बात यही है। हमारी राय में, अगर हम सबसे चिकने पैन को भी लें और उसे माइक्रोस्कोप के नीचे लाएँ, तो उसकी ऐपिस में हमें असमान किनारे और मुख्य सतह के ऊपर उभरी हुई तेज़, बार-बार चोटियाँ दिखाई देंगी। हम मान लेंगे कि पैन की सतह पर गर्मी समान रूप से आपूर्ति की जाती है, हालांकि वास्तव में यह भी पूरी तरह से सत्य कथन नहीं है। यहां तक ​​कि जब पैन सबसे बड़े बर्नर पर होता है, तब भी स्टोव पर तापमान प्रवणता असमान रूप से वितरित होती है, और पानी के जल्दी उबलने के लिए हमेशा स्थानीय ओवरहीटिंग जोन जिम्मेदार होते हैं। सतह की चोटियों और इसकी घाटियों पर कितने डिग्री हैं? सतह की चोटियाँ, ऊष्मा की निर्बाध आपूर्ति के साथ, तराई क्षेत्रों और तथाकथित अवसादों की तुलना में तेजी से गर्म होती हैं। इसके अलावा, सभी तरफ से कम तापमान वाले पानी से घिरे होने के कारण, वे पानी के अणुओं में ऊर्जा को बेहतर ढंग से स्थानांतरित करते हैं। चोटियों का तापीय प्रसार गुणांक तराई क्षेत्रों की तुलना में डेढ़ से दो गुना अधिक है।

तापमान

इसीलिए पानी का प्रारंभिक क्वथनांक लगभग अस्सी डिग्री सेल्सियस होता है। इस मूल्य पर, सतह की चोटियाँ तरल के तात्कालिक उबलने और पहले बुलबुले के गठन के लिए आवश्यक पर्याप्त मात्रा में आपूर्ति करती हैं, आँख से दृश्यमान, जो डरपोक होकर सतह पर आने लगते हैं। बहुत से लोग पूछते हैं कि सामान्य दबाव पर पानी का क्वथनांक क्या होता है। इस प्रश्न का उत्तर तालिकाओं में आसानी से पाया जा सकता है। पर वायु - दाब 99.9839 डिग्री सेल्सियस पर स्थिर क्वथनांक स्थापित किया जाता है।

उबलना- यह वाष्पीकरण है जो सतह से और तरल की पूरी मात्रा में एक साथ होता है। इसमें यह तथ्य शामिल है कि कई बुलबुले ऊपर तैरते हैं और फूटते हैं, जिससे एक विशिष्ट उबाल आता है।

जैसा कि अनुभव से पता चलता है, किसी दिए गए बाहरी दबाव पर तरल का उबलना एक अच्छी तरह से परिभाषित तापमान पर शुरू होता है जो उबलने की प्रक्रिया के दौरान नहीं बदलता है और केवल तब हो सकता है जब गर्मी विनिमय के परिणामस्वरूप बाहर से ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है (चित्र 1)। ):

जहाँ L क्वथनांक पर वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा है।

उबलने की क्रियाविधि: किसी तरल में हमेशा एक घुली हुई गैस होती है, जिसके विघटन की डिग्री बढ़ते तापमान के साथ कम हो जाती है। इसके अलावा, बर्तन की दीवारों पर सोखी हुई गैस होती है। जब तरल को नीचे से गर्म किया जाता है (चित्र 2), तो गैस बर्तन की दीवारों पर बुलबुले के रूप में निकलने लगती है। इन बुलबुलों में तरल पदार्थ वाष्पित हो जाता है। इसलिए, हवा के अलावा, उनमें संतृप्त भाप होती है, जिसका दबाव बढ़ते तापमान के साथ तेजी से बढ़ता है, और बुलबुले मात्रा में बढ़ते हैं, और परिणामस्वरूप, उन पर कार्य करने वाले आर्किमिडीज बल बढ़ जाते हैं। जब उत्प्लावन बल बन जाता है और ज्यादा अधिकारबुलबुले के गुरुत्वाकर्षण के कारण वह तैरने लगता है। लेकिन जब तक तरल समान रूप से गर्म नहीं हो जाता, जैसे-जैसे यह ऊपर चढ़ता है, बुलबुले का आयतन कम हो जाता है (संतृप्त वाष्प का दबाव घटते तापमान के साथ कम हो जाता है) और, मुक्त सतह तक पहुंचने से पहले, बुलबुले गायब हो जाते हैं (पतन हो जाते हैं) (छवि 2, ए), जो यही कारण है कि उबलने से पहले हमें एक विशिष्ट शोर सुनाई देता है। जब तरल का तापमान बराबर हो जाता है, तो बुलबुले का आयतन बढ़ने पर बढ़ जाएगा, क्योंकि संतृप्त वाष्प का दबाव नहीं बदलता है, और बुलबुले पर बाहरी दबाव होता है, जो बुलबुले के ऊपर तरल के हाइड्रोस्टेटिक दबाव का योग होता है और वायुमंडलीय दबाव कम हो जाता है। बुलबुला तरल की मुक्त सतह तक पहुंचता है, फट जाता है और संतृप्त भाप बाहर निकलती है (चित्र 2, बी) - तरल उबलता है। बुलबुले में संतृप्त वाष्प का दबाव बाहरी दबाव के लगभग बराबर होता है।

वह तापमान जिस पर किसी तरल पदार्थ का संतृप्त वाष्प दबाव उसकी मुक्त सतह पर बाहरी दबाव के बराबर होता है, कहलाता है क्वथनांकतरल पदार्थ

चूंकि बढ़ते तापमान के साथ संतृप्त वाष्प का दबाव बढ़ता है, और उबलने के दौरान यह बाहरी दबाव के बराबर होना चाहिए, तो बढ़ते बाहरी दबाव के साथ क्वथनांक बढ़ जाता है।

क्वथनांक अशुद्धियों की उपस्थिति पर भी निर्भर करता है, जो आमतौर पर अशुद्धियों की बढ़ती सांद्रता के साथ बढ़ता है।

यदि आप पहले तरल को उसमें घुली गैस से मुक्त करते हैं, तो इसे ज़्यादा गरम किया जा सकता है, अर्थात। क्वथनांक से ऊपर गरम करें। यह द्रव की अस्थिर अवस्था है। छोटे झटके पर्याप्त हैं और तरल उबल जाता है, और इसका तापमान तुरंत क्वथनांक तक गिर जाता है।