зміни стану води

Водяна пара в атмосфері може змінюватися на інші рідкі або тверді стани при температурі та тиску в навколишньому середовищі, тому вода може залишати океани як газ і повертатися у вигляді рідини. Процеси зміни стану води (і будь-якої речовини) вимагають поглинання або виділення тепла. Коли тепло додається або відводиться від речовини, виникають коливання температури (збільшення або зменшення), це тепло називається відчутне тепло, оскільки об’єкт відчуває додане або втрачене тепло при зміні температури.

стану

Але за певних умов тепло додається до речовини, не змінюючи її температури, наприклад, коли вода випаровується, у цьому випадку відбувається зміна стану або фази, і тепло, необхідне для зміни фази, називається приховане тепло, оскільки це тепло присутнє і готове до використання, коли процес зміни стану закінчується. Наприклад, якщо воду кип’ятять у відкритій посудині при нормальному атмосферному тиску, температура не піднімається вище 100 ° С, незалежно від того, скільки теплоти подається. Тепло, яке поглинається без зміни температури води, є прихованим; він не втрачається, а використовується для перетворення води в пару і зберігається як енергія в парі. Коли пара конденсується з утворенням води, ця енергія знову виділяється, відновлюючи приховане тепло як відчутне тепло. Подібним чином, якщо суміш льоду та води нагріти, температура її не змінюється, поки весь лід не розтане. Поглинене приховане тепло використовується для подолання сил, що утримують частинки льоду, і зберігається як енергія у воді.

Коли вода випаровується під дією сонячного випромінювання, тепло, яке використовується як приховане тепло, згодом виділяється як відчутне тепло, коли пара знову конденсується у краплі води. Виділення прихованого тепла є важливим джерелом енергії для утворення штормів, ураганів та бур. Прихована теплота - це теплова енергія, необхідна для переходу кілограма речовини з одного стану в інший, вона вимірюється в Дж/кг або кал/гр. Існують приховані теплоти плавлення, випаровування та сублімації для різних процесів зміни стану води, які проілюстровані на малюнку 5.4, і які узагальнені нижче.

Випаровування або випаровування .

Конденсація.

Це перетворення газу в рідину. Молекули газу, які конденсуються, доставляють кінетичну енергію на поверхню, на якій вони конденсуються, тому це процес опалення. Коли водяна пара в атмосфері перетворюється на краплі, утворюючи хмари, тепло виділяється в атмосферу, викликаючи підвищення температури. В атмосфері перетворення одного грама пари у воду виділяє кількість Lc = 540 кал/гр, Що приховане тепло конденсації.

Плавлення або плавлення.

Це перетворення твердого речовини у рідке (в даному випадку льоду у воду). Для отримання розплаву потрібно додати до льоду 80 калорій енергії як прихована теплота плавлення, Lf = 80 кал/гр.

Затвердіння або заморожування .

Це зміна стану з рідкого на твердий (води на лід). Коли один грам води замерзає до льоду, 80 калорій, що використовуються при таненні, потрапляють у навколишнє середовище, наприклад прихована теплота затвердіння, Lf = 80 кал/гр.

Сублімація.

Це пряме перетворення твердого речовини в газ без проходження рідкої фази. У цьому процесі до льоду потрібно додати 620 калорій енергії, щоб він перетворився на пару, наприклад прихована теплота сублімації, Ls = 620 кал/гр.

Відкладення.

Це пряме перетворення від газу до твердого (пара до льоду). У цьому процесі енергія виділяється як прихована теплота осадження, Ls = 620 кал/гр.

Кипіння.

Це процес, при якому рідина переходить у стан газу всередині рідини, де газ концентрується, утворюючи бульбашки, які випливають на поверхню і звідти виходять у сусіднє повітря. Тиск всередині бульбашок повинен бути великим, щоб подолати тиск навколишньої води. Якщо атмосферний тиск зростає, температура кипіння підвищується і навпаки. Коли ми піднімаємось вище рівня моря, вода закипає при нижчих температурах, оскільки тиск зменшується. Але їжу готують, коли температура води висока, а не через температуру кипіння, тому на більшій висоті потрібно довше чекати, щоб приготувати їжу. Кип'ятіння - це процес охолодження, в звичайних умовах вода, яка кипить при 100 ° C, охолоджується з тією ж швидкістю, з якою її нагріває джерело тепла, інакше температура води завжди зростала б із нагріванням. Підводячи підсумок, для зміни стану води з твердої речовини на рідину та з рідини на газ необхідно додати енергію і навпаки в зворотному процесі, як видно на схемі на малюнку.