Todos estão familiarizados com a imagem: há uma panela de água no fogão no fogo. A água do frio gradualmente se torna quente, então as primeiras bolhas aparecem em sua superfície e logo tudo está fervendo alegremente. Qual é o calor de vaporização da água? Alguns de nós lembramos do currículo escolar que a temperatura da água à pressão atmosférica natural não pode exceder 100°C. E quem não lembra ou não acredita pode usar o termômetro apropriado e certificar-se, observando as medidas de segurança.
Mas como pode ser isso? Afinal, o fogo ainda está queimando debaixo da panela, ele cede sua energia para o líquido, e para onde vai se não aquecer a água? Resposta: A energia é usada para transformar água em vapor.
Para onde vai a energia
Na vida comum, estamos acostumados aos três estados da matéria ao nosso redor: sólido, líquido e gasoso. No estado sólido, as moléculas estão rigidamente fixadas na rede cristalina. Mas isso não significa sua completa imobilidade, a qualquer temperatura, desde que seja pelo menos um grau superior a -273°C (isso é zero absoluto), as moléculas vibram. Além disso, a amplitude de vibração depende da temperatura. Quando aquecido, a energia é transferidapartículas de uma substância, e esses movimentos caóticos se tornam mais intensos, e então atingem tal força em um determinado momento que as moléculas saem dos ninhos da rede - a substância se torna um líquido.
No estado líquido, as moléculas estão intimamente relacionadas umas com as outras pela força de atração, embora não estejam fixas em um determinado ponto do espaço. Com o acúmulo adicional de calor pela substância, as vibrações caóticas de uma parte das moléculas tornam-se tão grandes que a força de atração das moléculas umas às outras é superada, e elas se separam. A temperatura da substância para de subir, toda a energia agora é transferida para o próximo e próximo lote de partículas, e assim, passo a passo, toda a água da panela enche a cozinha na forma de vapor.
Cada substância requer uma certa quantidade de energia para realizar este processo. O calor de vaporização da água, como outros líquidos, é finito e possui valores específicos.
Em que unidades é medida
Qualquer energia (mesmo movimento, até calor) é medida em joules. Joule (J) recebeu o nome do famoso cientista James Joule. Numericamente, uma energia de 1 J pode ser obtida se um determinado corpo for empurrado a uma distância de 1 metro com uma força de 1 Newton.
Anteriormente, para medir o calor, eles usavam um conceito como “caloria”. Acreditava-se que o calor é uma substância física que pode fluir para dentro ou para fora de qualquer corpo. Quanto mais ele "vaza" no corpo físico, mais quente ele fica. Em livros antigos, você ainda pode encontrar essa quantidade física. Mas não é difícil convertê-lo em joules, basta multiplicar por 4,19.
A energia necessária para converter líquidos em gases é chamada de calor específico de vaporização. Mas como calcular? Uma coisa é transformar um tubo de ensaio de água em vapor, e outra coisa é transformar o tanque da máquina a vapor de um navio enorme.
Portanto, por exemplo, para H2O, na engenharia do calor operam com o conceito de "calor específico de vaporização da água" (J/kg - unidade de medida). E a palavra-chave aqui é "específico". É considerada a quantidade de energia necessária para transformar 1 kg de substância líquida em vapor.
O valor é indicado pela letra latina L. O valor é medido em joules por 1 kg.
Quanta energia a água requer
O calor específico de vaporização da água é medido da seguinte forma: a quantidade de N é despejada no recipiente, levada à ebulição. A energia gasta na vaporização de um litro de água será o valor desejado.
Medindo qual é o calor específico de vaporização da água, os cientistas ficaram um pouco surpresos. Para se transformar em gás, a água requer mais energia do que todos os líquidos comuns na Terra: toda a linha de álcoois, gases liquefeitos e até mais do que metais como mercúrio e chumbo.
Então, o calor de vaporização da água acabou sendo 2,26 mJ/kg. Para comparação:
- para mercúrio - 0,282 mJ/kg;
- chumbo tem 0,855 mJ/kg.
E se for o contrário?
O que acontece se você reverter o processo, fazer o líquido se condensar? Nada de especial, há uma confirmação da lei da conservação da energia: ao condensar umde um quilograma de líquido do vapor, é liberada exatamente a mesma quantidade de calor necessária para transformá-lo novamente em vapor. Portanto, o termo “calor específico de vaporização e condensação” é mais frequentemente encontrado em tabelas de referência.
A propósito, o fato de o calor ser absorvido durante a evaporação é usado com sucesso em aparelhos domésticos e industriais para criar frio artificial.
