Fizika · Molekulyar fizika va termodinamika · 7-sinf

Erish, qaynash va bug‘lanish

Choynak qancha vaqtda qaynaydi va nega qaynoq suv 100 °C dan oshmaydi?

Vaziyat

Ertalab nonushtaga choy damlamoqchisiz: elektr choynakka 1 litr suv quyib, tugmasini bosdingiz. Bir ozdan keyin choynak “shovullay” boshlaydi, so‘ng qaynab, o‘zi o‘chadi. Muzlatkichdagi muzni eritish uchun ham, qaynayotgan suvni bug‘latish uchun ham energiya kerak — lekin qancha? Nega qaynayotgan suvning harorati, choynak qancha ishlamasin, 100 °C dan oshmaydi?

Mavzu

Erish, qaynash va bug‘lanish. Choynakdagi suv: issiqlik miqdori va qaynash nuqtasi

Asosiy tushunchalar

Issiqlik miqdori
Solishtirma erish va bug‘lanish issiqligi
FIK

Formulalar

Q = c m Δ T

Isitish uchun issiqlik miqdori. Suv: $c = 4186$ J/(kg·K), muz: $c = 2100$ J/(kg·K).

Q = λ m

Erish: $λ = 334$ kJ/kg. Erish davomida harorat 0 °C da turadi.

Q = L m

Bug‘lanish (qaynash): $L = 2,26$ MJ/kg. Qaynash davomida harorat o‘zgarmaydi.

η = \frac{Q_{f o y d a l i}}{P t} \Rightarrow t = \frac{c m Δ T}{η P}

Choynakning FIK i va isitish vaqti.

P_{y o ‘ q} = k (T - T_{x o n a})

Nyutonning sovish qonuni: issiq choynak atrofga issiqlik beradi ( $k$ — issiqlik berish koeffitsiyenti, Vt/K).

Nazariya

Issiqlik miqdori

Moddani isitish uchun kerak bo‘lgan energiya uning massasiga, harorat o‘zgarishiga va solishtirma issiqlik sig‘imi $c$ ga bog‘liq. Muzning $c$ si suvnikidan qariyb 2 marta kichik — shuning uchun grafikda muz bir xil quvvatda suvdan ikki marta tezroq isiydi (chiziq tikroq).

Nega grafikda “zinapoya” bor?

Erish va qaynash paytida berilgan issiqlik molekulalar orasidagi bog‘lanishlarni uzishga ketadi, ularning o‘rtacha kinetik energiyasi — demak, harorat — o‘zgarmaydi. Bu yashirin issiqlik: muz to‘liq erimaguncha harorat 0 °C da, suv bug‘lanib bo‘lmaguncha qaynash haroratida turadi. Massalar grafigida shu vaqtda muz → suv → bug‘ o‘tishini ko‘rasiz. Teskari jarayon — qotish (kristallanish): suv 0 °C da muzlaganda xuddi shu $λ m$ issiqlikni chiqaradi, shuning uchun muzlash davomida ham harorat 0 °C da turadi. Kristall jismlar aniq haroratda eriydi; amorf jismlar (shisha, mum, smola) esa aniq erish haroratiga ega emas — asta yumshaydi (“Kristall va amorf jismlar” tajribasida).

Qaynash harorati bosimga bog‘liq

Suv uning to‘yingan bug‘i bosimi tashqi bosimga tenglashganda qaynaydi. Dengiz sathida (101 kPa) bu 100 °C. Tog‘da bosim past — suv pastroq haroratda qaynaydi: Balandlik slayderini o‘zgartirib ko‘ring. Bosimli qozonda esa, aksincha, suv 100 °C dan yuqorida qaynaydi va ovqat tez pishadi.

Haqiqiy choynak va model

Hamma energiya suvga yetib bormaydi: bir qismi shisha, po‘lat va havoni isitadi — buni FIK ( $η$ ) hisobga oladi; qopqoq ochiq bo‘lsa, yo‘qotish kattaroq. Choynak qaynaganda bug‘ maxsus kanal orqali bimetall datchikka boradi va uni o‘chiradi; qopqoq ochiq bo‘lsa, bug‘ yuqoridan chiqib ketadi va choynak o‘chmay qolishi mumkin. Model soddalashtirilgan: suv harorati butun hajmda bir xil, qaynashgacha bug‘lanish va $c$ , $L$ ning haroratga bog‘liqligi hisobga olinmaydi. Vaqt 10 marta tezlashtirilgan.

Bug‘lanish, kondensatsiya va to‘yingan bug‘

Suyuqlik istalgan haroratda sirtidan bug‘lanadi: eng tez molekulalar uchib chiqadi, qolganlarining o‘rtacha energiyasi kamayadi — bug‘lanayotgan suyuqlik soviydi (issiq choyni puflab sovitamiz; “Havo namligi va shudring” tajribasidagi psixrometr ham shunga asoslangan). Bug‘lanish tezligi harorat, sirt yuzasi, shamol va havo namligiga bog‘liq. Teskari jarayon — kondensatsiya: bug‘ sovuq sirtga (qopqoq, oyna) tegib suvga aylanadi va xuddi shu $L m$ issiqlikni qaytaradi — shuning uchun bug‘dan kuyish qaynoq suvdan kuyishdan xavfliroq. Yopiq idishda bug‘lanish va kondensatsiya tenglashadi: bug‘ to‘yingan bo‘ladi, uning bosimi $p_{s}$ faqat haroratga bog‘liq. Suv ichidagi pufakchalar faqat $p_{s}$ tashqi bosimga yetganda o‘sib, sirtga chiqa oladi — bu qaynash (panelda $p_{s} (T)$ va tashqi bosimni solishtiring). Muz suyuqlanmasdan ham bug‘lanadi — sublimatsiya.

Laboratoriya: bug‘ hosil bo‘lishining yashirin issiqligi

Elektr usuli. Avto-o‘chirishni o‘chiring va suvni bir necha minut qaynatib turing. Qaynash davomida isitgich suvga bergan energiya $η W$ ( $W$ — tarmoqdan olingan elektr energiya) faqat bug‘lanishga ketadi: $L = η W / Δ m$ , bu yerda $Δ m$ — bug‘langan suv massasi (amalda choynakni oldin va keyin tortib topiladi). Panelda shu hisob qaynash davomidagi o‘lchovlardan chiqadi — $L = 2,26$ MJ/kg bilan solishtiring. Atrofga yo‘qotish yoqilsa, natija kattaroq chiqadi: energiyaning bir qismi havoga ketgan. Bu xatoni ikki xil quvvatda o‘lchab chiqarib tashlash mumkin: $L = η (P_{1} - P_{2}) / (μ_{1} - μ_{2})$ , $μ$ — bug‘lanish tezligi, kg/s. Klassik kalorimetrik usulda bug‘ sovuq suvli kalorimetrga yuboriladi: u yerda kondensatsiyalanib, suvni isitadi va issiqlik balansidan $L$ topiladi.

Bilasizmi?

1 kg muzni eritishga ketadigan energiya (334 kJ) bilan 1 kg suvni taxminan 80 °C ga isitish mumkin: $334 000 / 4186 \approx 80$ .
Dengiz sathidan taxminan 3000 m balandlikda suv ≈ 90 °C da qaynaydi — shuning uchun baland tog‘larda ovqat pishirish uzoqroq vaqt oladi.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.