Obsah
- TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
- Pochopenie bodu varu
- Výpočet bodu varu
- varovanie
- Rovnice pre výpočet bodu varu
- Odhad bodu varu
- Stanovenie bodu varu pomocou nomografov
- Používanie on-line kalkulačiek
- Používanie grafov a tabuliek
„Pozeraný hrniec sa nikdy nevarí“ sa môže pri varení javiť ako konečný pravdivosť, ale za správnych okolností sa hrniec varí ešte rýchlejšie, ako sa očakávalo. Či už kemping alebo chémia, predpovedanie teploty varu môže byť náročné.
TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
Stanovenie bodu varu na základe tlaku je možné dosiahnuť pomocou rovníc, odhadov, nomografov, on-line kalkulačiek, tabuliek a grafov.
Pochopenie bodu varu
K varu dochádza, keď sa tlak pary kvapaliny rovná tlaku vzduchu v atmosfére nad kvapalinou. Napríklad pri hladine mora voda vrie pri 100 ° C. Pri zvyšovaní nadmorskej výšky sa množstvo atmosféry nad kvapalinou znižuje, a tak sa znižuje teplota varu kvapaliny. Všeobecne platí, že čím nižší je atmosférický tlak, tým nižšia je teplota varu akejkoľvek kvapaliny. Molekulová štruktúra a príťažlivosť medzi molekulami kvapaliny ovplyvňujú okrem atmosférického tlaku bod varu. Kvapaliny so slabými medzimolekulovými väzbami sa všeobecne varia pri nižších teplotách ako kvapaliny so silnými medzimolekulárnymi väzbami.
Výpočet bodu varu
Výpočet teploty varu na základe tlaku sa môže vykonať pomocou niekoľkých rôznych vzorcov. Tieto vzorce sa líšia v zložitosti a presnosti. Vo všeobecnosti budú jednotky v týchto výpočtoch v metrickom alebo medzinárodnom systéme (SI), výsledkom čoho budú teploty v stupňoch Celzia (oC). Previesť na Fahrenheit (oF) použite prevod T (° F) = T (° C) × 9 × 5 + 32, kde T znamená teplotu. Pokiaľ ide o atmosferický tlak, tlakové jednotky sa vyradia, takže používané jednotky, či už mmHg, bary, psi alebo iné jednotky, sú menej dôležité, ako je isté, že všetky merania tlaku sú rovnaké jednotky.
Jeden vzorec na výpočet teploty varu vody používa známy bod varu pri hladine mora, 100 ° C, atmosférický tlak pri hladine mora a atmosférický tlak v čase a nadmorskej výške, kde sa teplota varu uskutočňuje.
Vzorec BPcorr = BPobs - (Pobs - 760 mmHg) x 0,045 oNa zistenie neznámej teploty varu vody je možné použiť C / mmHg.
V tomto vzorci znamená BPcorr bod varu na hladine mora, BPobs je neznáma teplota a Pobs znamená atmosférický tlak v mieste. Hodnota 760 mmHg je štandardný atmosférický tlak v milimetroch ortuti na hladine mora a 0,045oC / mmHg je približná zmena teploty vody pri každej milimetrovej zmene tlaku ortuti.
Ak sa atmosférický tlak rovná 600 mmHg a pri tomto tlaku nie je známa teplota varu, potom sa táto rovnica stane 100 ° C = BPobs- (600 mmHg-760 mmHg) x0,045 ° C / mmHg.
Vypočítaním rovnice sa získa 100 ° C = BPobs - (- 160 mmHg) x0455 ° C / mmHg. Zjednodušené, 100 ° C = BPob + 7,2. Jednotky mmHg sa navzájom rušia a jednotky zostávajú v stupňoch Celzia. Vyriešené pre teplotu varu pri 600 mmHg sa rovnica stáva: BPobs = 100 ° C - 7,2 ° C = 92,8 ° C. Bod varu vody pri 600 mmHg, nadmorská výška približne 6400 stôp nad morom, bude teda 92,8 ° C alebo 92,8 x 9 ÷ 5 + 32 = 199 ° F.
varovanie
Rovnice pre výpočet bodu varu
Vyššie uvedená rovnica používa známy vzťah tlaku a teploty so známou zmenou teploty so zmenou tlaku. Iné metódy na výpočet bodov varu kvapalín na základe atmosférického tlaku, ako je Clausius-Clapeyronova rovnica, zahŕňajú ďalšie faktory. Napríklad v Clausius-Clapeyronovej rovnici obsahuje rovnica prirodzený log (ln) počiatočného tlaku vydelený koncovým tlakom, latentné teplo (L) materiálu a univerzálnu plynovú konštantu (R). Latentné teplo sa týka príťažlivosti medzi molekulami, vlastnosti materiálu, ktorá ovplyvňuje rýchlosť odparovania. Materiály s vyšším latentným ohrevom vyžadujú viac energie na var, pretože molekuly majú silnejšiu vzájomnú príťažlivosť.
Odhad bodu varu
Vo všeobecnosti možno aproximáciu poklesu teploty varu vody dosiahnuť na základe nadmorskej výšky. Pre každé zvýšenie nadmorskej výšky o 500 stôp teplota varu vody klesne asi o 0,9 ° F.
Stanovenie bodu varu pomocou nomografov
Nomograf možno použiť aj na odhad teploty varu kvapalín. Nomografy používajú tri stupnice na predpovedanie bodu varu. Nomograf ukazuje stupnicu teploty varu, teplotu varu pri stupnici tlaku na hladine mora a všeobecnú stupnicu tlaku.
Ak chcete použiť nomograf, spojte dve známe hodnoty pomocou pravítka a odčítajte neznámu hodnotu v tretej stupnici. Začnite jednou zo známych hodnôt. Napríklad, ak je známy bod varu na hladine mora a je známy barometrický tlak, spojte tieto dva body s pravítkom. Predĺženie čiary z dvoch spojených známych ukazuje, aká by mala byť teplota bodu varu v tejto nadmorskej výške. Naopak, ak je známa teplota bodu varu a je známa teplota varu na úrovni mora, použite pravítko na spojenie dvoch bodiek a predĺžením čiary nájdite barometrický tlak.
Používanie on-line kalkulačiek
Niekoľko online kalkulačiek poskytuje teploty varu v rôznych nadmorských výškach. Mnohé z týchto kalkulačiek ukazujú iba vzťah medzi atmosférickým tlakom a teplotou varu vody, iné však ukazujú ďalšie bežné zlúčeniny.
Používanie grafov a tabuliek
Boli vyvinuté grafy a tabuľky teplôt varu mnohých kvapalín. V prípade tabuliek je teplota varu kvapaliny uvedená pre rôzne atmosférické tlaky. V niektorých prípadoch tabuľka ukazuje iba jednu tekutinu a bod varu pri rôznych tlakoch. V iných prípadoch sa môže zobraziť niekoľko kvapalín pri rôznych tlakoch.
Grafy ukazujú krivky bodu varu na základe teploty a barometrického tlaku. Grafy, podobne ako nomograf, používajú známe hodnoty na vytvorenie krivky alebo, podobne ako v prípade Clausiusovej-Clapeyronovej rovnice, pomocou prirodzeného denníka tlaku vytvoria priamku. Grafická čiara ukazuje známe vzťahy teploty varu dané množine hodnôt tlaku a teploty. Ak poznáme jednu hodnotu, sledujte čiaru hodnôt za grafickým čiarou tlaku a teploty a potom sa otočte k druhej osi, aby ste zistili neznámu hodnotu.