Warto przeczytać

Wrzenie to zamiana cieczy na parę w całej jej objętości. Poznajemy zjawisko wrzenia po tym, że w cieczy pojawiają się i wypływają na powierzchnię bąbelki wypełnione parą nasyconą. Para nasyconapara nasyconaPara nasycona to para o największej gęstości i ciśnieniu w danej temperaturze. Ciśnienie pary nasyconejpara nasyconapary nasyconej wzrasta wraz z temperaturątemperaturatemperaturą. Dopóki ciśnienie pary nasyconej w tworzących się w głębi cieczy pęcherzykach jest mniejsze od ciśnienia zewnętrznego, pęcherzyki nie mogą wypływać na powierzchnię. Gdy temperatura wzrośnie do odpowiedniej wartości, ciśnienie pary nasyconej staje się równe ciśnieniu zewnętrznemu i pęcherzyki pary zaczynają wypływać. Rozpoczyna się wrzenie cieczy. Temperaturę, w której wrzenie zachodzi, nazywamy temperaturą wrzenia. Temperatura wrzenia zależna jest od ciśnienia zewnętrznego - rośnie wraz z ciśnieniem. Nie jest to zależność wprost proporcjonalna. Jej charakter zależy od rodzaju cieczy.

Na diagramie fazowym wody (Rys. 1.) krzywa określająca wartości ciśnienia i temperatury odpowiadające stanom równowagi między wrzeniem i skraplaniem, przedstawia także zależność temperatury wrzenia wody od ciśnienia. Szczegółowy opis diagramu fazowego wody zawiera e‑materiał „Przemiany fazowe wody”.

R18qrfX8BUYTD

Rys. 1. Na rysunku znajduje się układ współrzędnych, na którego osi poziomej odłożono temperaturę w stopniach Celsjusza, a na osi pionowej ciśnienie w paskalach. Wykres składa się z trzech linii. Pierwsza część wykresu zaczyna się w początku układu współrzędnych i wznosi się łagodnie w górę i w prawo i kończy się w punkcie o współrzędnych: temperatura 0,01 stopni Celsjusza, ciśnienie 612 paskali. Przy linii zapisano słowa: sublimacja i resublimacja. Od punktu końcowego linii, podpisanego jako punkt potrójny, odchodzą dwie pozostałe części wykresu. Druga linia wznosi się stromo w górę i w lewo i podpisana jest jako topnienie i krzepnięcie. Na obszarze między tą linią i linią podpisaną sublimacja i resublimacja zapisano słowo: lód. Trzecia linia wznosi się łukiem łagodnie w górę i w prawo i podpisana jest jako wrzenie i skraplanie. Na obszarze między tą linią i linią podpisaną sublimacja i resublimacja zapisano słowa: para wodna. Na obszarze między linią podpisaną topnienie i krzepnięcie i linią podpisaną wrzenie i skraplanie zapisano słowa: woda w stanie ciekłym. Wykres ograniczają przerywane linie pozioma i pionowa, wychodzące z końcowego punktu na linii podpisanej wrzenie i skraplanie o współrzędnych: temperatura 374 stopnie Celsjusza, ciśnienie 22 razy 10 do potęgi szóstej paskali. Punkt ten podpisany jest jako punkt krytyczny.

Podczas wrzenia temperatura jest stała pomimo dostarczania do cieczy ciepła. Całe pobrane przez ciecz ciepło zużywane jest na zmianę stanu skupienia z ciekłego na gazowy.

Jeśli dysponujesz pompą próżniową, możesz mierzyć temperaturę wrzenia wody dla ciśnień równych i mniejszych od ciśnienia atmosferycznego. Używa się do tego celu przyrządu do mierzenia ciśnienia - manometru. Niektóre manometry pokazują ciśnienie względne, czyli różnicę między ciśnieniem mierzonym a ciśnieniem atmosferycznym. W naszym wirtualnym laboratorium używamy manometru mierzącego ciśnienie absolutne, mierzone od poziomu próżni. Techniczną jednostką ciśnienia, zazwyczaj używaną w manometrach, jest bar. 1 bar to ciśnienie równe 10Indeks górny 5⁵ Pa = 1000 hPa, czyli nieco mniej niż ciśnienie normalneciśnienie normalneciśnienie normalne równe 1013,25 hPa. To wygodna jednostka - łatwo zapamiętać, że ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza to około 1 bar. Ciśnienie większe niż 1 bar to nadciśnienie, mniejsze - podciśnienie.

W eksperymencie (wirtualnym lub rzeczywistym) wyznaczamy temperatury wrzenia wody dla kilku wartości ciśnienia w celu umieszczenia punktów pomiarowych na wykresie zależności ciśnienia od temperatury p(t) i dopasowaniu najlepszej linii do punktów pomiarowych. Żadnego pomiaru nie da się przeprowadzić z dowolnie dużą dokładnością, powinniśmy więc uwzględnić niepewności pomiarowe. W naszym przypadku niepewności pomiarowe są związane z dokładnością przyrządów pomiarowych – przyjmujemy, że niepewność jest równa najmniejszej działce na skali przyrządu. W przypadku miernika cyfrowego niepewność pomiaru możemy określić przez miejsce dziesiętne ostatniej cyfry wyniku. Na przykład, wynik pomiaru równy 2,35 jednostek będzie miał niepewność równą 0,01 jednostek.

Jak na wykresie uwzględnić niepewności, wyjaśnimy na przykładzie. Załóżmy, że wyznaczyliśmy wartości wielkości y w zależności od x (Rys. 2.). Niepewność wyznaczenia wielkości x wynosi Δdeltax = 40 jednostek, wielkości y: Δdeltay = 6 jednostek. Do każdego punktu pomiarowego na wykresie dodajemy pałeczkę dwa razy dłuższą niż wynosi niepewność. Następnie przeprowadzamy funkcję zależności y od x, przechodzącą przez wszystkie prostokąty wyznaczone pałeczkami niepewności.

RcicYbUbJzNvu

Rys. 2. Na rysunku znajduje się układ współrzędnych, na którego osi poziomej odłożono wielkość oznaczoną literą małe x, a na osi pionowej wielkość oznaczoną literą małe y. Na osi poziomej zaznaczono punkty o współrzędnych 200, 400, 600 i tak dalej aż do 1600. Od tych punktów narysowano linie pionowe na całym obszarze układu. Na osi pionowej zaznaczono punkty o współrzędnych 20, 40, 60 i tak dalej aż do 120. Od tych punktów narysowano linie poziome na całym obszarze układu, tworząc siatkę z liniami pionowymi. W układzie zaznaczono 6 punktów pomiarowych. Najniżej leży punkt z lewej strony, a kolejne punkty leżą coraz wyżej i dalej na prawo. Przy każdym punkcie narysowano krótkie odcinki pionowy i poziomy, tak że środki tych odcinków znajdują się w punkcie pomiarowym. Długość odcinka pionowego oznaczono wzorem 2 razy delta y, a długość odcinka poziomego wzorem 2 razy delta x. Przez prostokąty wyznaczone przez te odcinki poprowadzono linię, która łukiem wznosi się w prawo i w górę. Linia nie przechodzi przez żaden z punktów pomiarowych, ale omija je w bliskiej odległości od góry lub od dołu.

Słowniczek