ใครๆ ก็คุ้นกับภาพ: มีหม้อน้ำอยู่บนเตาบนกองไฟ น้ำเย็นจะค่อยๆ กลายเป็นร้อน ดังนั้นฟองแรกจึงปรากฏขึ้นบนผิวน้ำ และในไม่ช้าน้ำทั้งหมดก็ไหลออกมาอย่างสนุกสนาน ความร้อนของการกลายเป็นไอของน้ำคืออะไร? พวกเราบางคนจำได้จากหลักสูตรของโรงเรียนว่าอุณหภูมิของน้ำที่ความดันบรรยากาศตามธรรมชาติต้องไม่เกิน 100 °C และผู้ที่ไม่สามารถจำหรือไม่เชื่อสามารถใช้เทอร์โมมิเตอร์ที่เหมาะสมและปฏิบัติตามมาตรการด้านความปลอดภัย
แต่มันจะเป็นไปได้อย่างไร? ท้ายที่สุดแล้วไฟยังคงลุกไหม้อยู่ใต้กระทะ มันทำให้พลังงานของมันกลายเป็นของเหลว และมันจะไปที่ไหนถ้ามันไม่ร้อนน้ำ? คำตอบ: พลังงานใช้ในการเปลี่ยนน้ำให้เป็นไอน้ำ
แรงไปไหน
ในชีวิตปกติ เราคุ้นเคยกับสามสถานะของสสารรอบตัวเรา: ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ในสถานะของแข็ง โมเลกุลจะถูกตรึงอย่างแน่นหนาในโครงผลึก แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าพวกมันไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างสมบูรณ์ที่อุณหภูมิใด ๆ ตราบใดที่สูงกว่า -273 ° C อย่างน้อยหนึ่งองศา (นี่คือศูนย์สัมบูรณ์) โมเลกุลจะสั่นสะเทือน นอกจากนี้แอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอีกด้วย เมื่อถูกความร้อน พลังงานจะถูกถ่ายเทอนุภาคของสสารและการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายเหล่านี้จะรุนแรงขึ้นและจากนั้นไปถึงแรงดังกล่าวในช่วงเวลาหนึ่งที่โมเลกุลออกจากรังของตาข่าย - สารจะกลายเป็นของเหลว
ในสถานะของเหลว โมเลกุลจะสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดโดยแรงดึงดูด แม้ว่าจะไม่ได้ถูกตรึงไว้ที่จุดใดจุดหนึ่งในอวกาศก็ตาม ด้วยการสะสมของความร้อนเพิ่มเติมโดยสสาร การสั่นสะเทือนที่วุ่นวายของส่วนหนึ่งของโมเลกุลกลายเป็นเรื่องใหญ่มากจนแรงดึงดูดของโมเลกุลต่อกันจะถูกเอาชนะและพวกมันก็แยกจากกัน อุณหภูมิของสารหยุดสูงขึ้น พลังงานทั้งหมดจะถูกถ่ายโอนไปยังอนุภาคชุดถัดไปและชุดถัดไป ดังนั้น ทีละขั้นตอน น้ำทั้งหมดจากกระทะจะเติมห้องครัวในรูปของไอน้ำ
แต่ละสารต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่งเพื่อดำเนินการตามกระบวนการนี้ ความร้อนของการระเหยของน้ำ เช่นเดียวกับของเหลวอื่นๆ มีขีดจำกัดและมีค่าเฉพาะ
หน่วยวัดอะไร
พลังงานใดๆ (แม้กระทั่งการเคลื่อนไหว แม้แต่ความร้อน) วัดเป็นจูล Joule (J) ได้รับการตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง James Joule ในเชิงตัวเลข พลังงาน 1 J สามารถรับได้หากวัตถุถูกผลักไปที่ระยะ 1 เมตรด้วยแรง 1 นิวตัน
ก่อนหน้านี้ วัดความร้อน พวกเขาใช้แนวคิดเช่น "แคลอรี่" เชื่อกันว่าความร้อนเป็นสารทางกายภาพที่สามารถไหลเข้าหรือออกจากร่างกายได้ ยิ่ง "รั่ว" เข้าไปในร่างกาย ยิ่งร้อน ในหนังสือเรียนแบบเก่า คุณยังคงสามารถหาปริมาณทางกายภาพนี้ได้ แต่แปลงเป็นจูลได้ไม่ยาก แค่คูณ 4 ก็พอ19.
พลังงานที่จำเป็นในการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นก๊าซเรียกว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ แต่จะคำนวณอย่างไร? การเปลี่ยนหลอดทดสอบน้ำให้เป็นไอน้ำเป็นเรื่องหนึ่ง และอีกสิ่งหนึ่งที่จะเปลี่ยนถังไอน้ำของเรือขนาดใหญ่ได้
ดังนั้น ตัวอย่างเช่น สำหรับ H2O ในวิศวกรรมความร้อน พวกเขาทำงานด้วยแนวคิดของ "ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำ" (J / kg - หน่วยของการวัด). และคำสำคัญที่นี่คือ "เฉพาะ" ถือว่าเป็นปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการเปลี่ยนของเหลว 1 กิโลกรัมให้เป็นไอน้ำ
ค่านี้ระบุด้วยตัวอักษรละติน L ค่านี้วัดเป็นจูลต่อ 1 กก.
น้ำต้องการพลังงานเท่าไหร่
วัดความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำ ดังนี้ ปริมาณ N ถูกเทลงในภาชนะ นำไปต้ม พลังงานที่ใช้ในการทำให้น้ำหนึ่งลิตรกลายเป็นไอจะเป็นค่าที่ต้องการ
เมื่อวัดความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำ นักวิทยาศาสตร์รู้สึกประหลาดใจเล็กน้อย ในการเปลี่ยนเป็นก๊าซ น้ำต้องการพลังงานมากกว่าของเหลวทั้งหมดที่มีทั่วไปบนโลก: แอลกอฮอล์ทั้งเส้น ก๊าซเหลว และมากกว่าโลหะ เช่น ปรอทและตะกั่ว
ดังนั้น ความร้อนของการระเหยของน้ำกลายเป็น 2.26 mJ/kg สำหรับการเปรียบเทียบ:
- สำหรับปรอท - 0.282 mJ/kg;
- ตะกั่ว 0.855 mJ/kg.
ถ้ากลับกันจะเป็นยังไง
จะเกิดอะไรขึ้นหากคุณย้อนกลับกระบวนการ ทำให้ของเหลวควบแน่น? ไม่มีอะไรพิเศษมีการยืนยันกฎการอนุรักษ์พลังงานเมื่อกลั่นตัวหนึ่งของของเหลวหนึ่งกิโลกรัมจากไอน้ำ ความร้อนในปริมาณเท่ากันกับที่ใช้เปลี่ยนกลับเป็นไอน้ำ ดังนั้น คำว่า “ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอและการควบแน่น” จึงมักพบในตารางอ้างอิง
อย่างไรก็ตาม ความร้อนที่ถูกดูดซับระหว่างการระเหยนั้นถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในเครื่องใช้ในบ้านเรือนและในโรงงานอุตสาหกรรมเพื่อสร้างความเย็นเทียม
