Jeder kennt das Bild: Auf dem Herd steht ein Topf mit Wasser auf dem Feuer. Wasser aus k altem wird allmählich heiß, so dass die ersten Blasen auf seiner Oberfläche erscheinen und bald alles fröhlich brodelt. Was ist die Verdampfungswärme von Wasser? Einige von uns erinnern sich aus dem Schullehrplan, dass die Temperatur von Wasser bei natürlichem atmosphärischem Druck 100 °C nicht überschreiten kann. Und diejenigen, die sich nicht erinnern oder nicht glauben, können das entsprechende Thermometer verwenden und sich unter Beachtung der Sicherheitsmaßnahmen vergewissern.
Aber wie kann das sein? Immerhin brennt das Feuer noch unter der Pfanne, es gibt seine Energie an die Flüssigkeit ab, und wohin geht es, wenn es das Wasser nicht erhitzt? Antwort: Energie wird verwendet, um Wasser in Dampf zu verwandeln.
Wohin geht die Energie
Im gewöhnlichen Leben sind wir an die drei Zustände der Materie um uns herum gewöhnt: fest, flüssig und gasförmig. Im Festkörper sind die Moleküle fest im Kristallgitter fixiert. Dies bedeutet jedoch nicht ihre völlige Unbeweglichkeit, bei jeder Temperatur, solange sie mindestens ein Grad höher als -273 ° C ist (das ist der absolute Nullpunkt), schwingen die Moleküle. Außerdem hängt die Schwingungsamplitude von der Temperatur ab. Beim Erhitzen wird Energie übertragenTeilchen einer Substanz, und diese chaotischen Bewegungen werden intensiver und erreichen dann in einem bestimmten Moment eine solche Kraft, dass die Moleküle die Nester des Gitters verlassen - die Substanz wird zu einer Flüssigkeit.
Im flüssigen Zustand sind die Moleküle durch die Anziehungskraft eng miteinander verbunden, obwohl sie nicht an einem bestimmten Punkt im Raum fixiert sind. Bei weiterer Ansammlung von Wärme durch die Substanz werden die chaotischen Schwingungen eines Teils der Moleküle so groß, dass die Anziehungskraft der Moleküle zueinander überwunden wird und sie auseinander fliegen. Die Temperatur der Substanz steigt nicht mehr an, die gesamte Energie wird nun auf die nächste und die nächste Partikelcharge übertragen, und so füllt Schritt für Schritt das gesamte Wasser aus der Pfanne in Form von Dampf die Küche.
Jeder Stoff benötigt für diesen Vorgang eine bestimmte Energiemenge. Die Verdampfungswärme von Wasser ist wie bei anderen Flüssigkeiten endlich und hat bestimmte Werte.
In welchen Einheiten wird gemessen
Jede Energie (sogar Bewegung, sogar Wärme) wird in Joule gemessen. Joule (J) ist nach dem berühmten Wissenschaftler James Joule benannt. Rein rechnerisch kann eine Energie von 1 J erh alten werden, wenn ein bestimmter Körper in einem Abstand von 1 Meter mit einer Kraft von 1 Newton gestoßen wird.
Früher benutzten sie zur Messung von Wärme ein Konzept wie „Kalorie“. Es wurde angenommen, dass Wärme eine solche physikalische Substanz ist, die in jeden Körper ein- oder ausströmen kann. Je mehr es in den physischen Körper "einsickerte", desto heißer ist es. In alten Lehrbüchern findet man diese physikalische Größe noch. Aber es ist nicht schwer, es in Joule umzurechnen, es reicht aus, es mit 4 zu multiplizieren,19.
Die Energie, die benötigt wird, um Flüssigkeiten in Gase umzuwandeln, wird als spezifische Verdampfungswärme bezeichnet. Aber wie rechnet man das aus? Es ist eine Sache, ein Reagenzglas mit Wasser in Dampf zu verwandeln, und eine andere Sache, den Tank einer riesigen Schiffsdampfmaschine zu drehen.
Daher wird zum Beispiel für H2O in der Wärmetechnik mit dem Begriff "spezifische Verdampfungswärme von Wasser" (J / kg - Maßeinheit). Und das Schlüsselwort hier ist "spezifisch". Es wird die Energiemenge betrachtet, die erforderlich ist, um 1 kg flüssige Substanz in Dampf zu verwandeln.
Der Wert wird durch den lateinischen Buchstaben L angegeben. Der Wert wird in Joule pro 1 kg gemessen.
Wie viel Energie braucht Wasser
Die spezifische Verdampfungswärme von Wasser wird wie folgt gemessen: Die N-Menge wird in den Behälter gegossen und zum Sieden gebracht. Die Energie, die für die Verdampfung eines Liters Wasser aufgewendet wird, ist der gewünschte Wert.
Als die Wissenschaftler die spezifische Verdampfungswärme von Wasser maßen, waren sie etwas überrascht. Um sich in Gas zu verwandeln, benötigt Wasser mehr Energie als alle auf der Erde üblichen Flüssigkeiten: die gesamte Reihe von Alkoholen, verflüssigten Gasen und sogar mehr als Metalle wie Quecksilber und Blei.
Die Verdampfungswärme von Wasser betrug also 2,26 mJ/kg. Zum Vergleich:
- für Quecksilber - 0,282 mJ/kg;
- Blei hat 0,855 mJ/kg.
Was ist, wenn es umgekehrt ist?
Was passiert, wenn man den Vorgang umkehrt, die Flüssigkeit kondensiert? Nichts Besonderes, es gibt eine Bestätigung des Energieerh altungssatzes: beim Kondensieren eineseines Kilogramms Flüssigkeit aus Dampf wird genau so viel Wärme freigesetzt, wie benötigt wird, um es wieder in Dampf umzuwandeln. Daher findet sich in Referenztabellen häufiger der Begriff „spezifische Verdampfungs- und Kondensationswärme“.
Die Tatsache, dass beim Verdunsten Wärme aufgenommen wird, wird übrigens erfolgreich in Haush alts- und Industriegeräten genutzt, um künstliche Kälte zu erzeugen.
