قد تبدو عبارة "القدر الذي يتم مراقبته لا يغلي أبدًا" مثل الحقيقة البديهية المطلقة عند الطهي ، ولكن في ظل الظروف المناسبة ، يغلي القدر بشكل أسرع من المتوقع. سواء أكان التخييم أو الكيمياء ، فإن التنبؤ بدرجة الغليان يمكن أن يكون أمرًا صعبًا.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)
يمكن تحديد نقطة الغليان بناءً على الضغط باستخدام المعادلات والتقدير والرسوم البيانية والآلات الحاسبة على الإنترنت والجداول والرسوم البيانية.
فهم نقطة الغليان
يحدث الغليان عندما يساوي ضغط بخار السائل ضغط الهواء في الغلاف الجوي فوق السائل. على سبيل المثال ، عند مستوى سطح البحر ، يغلي الماء عند 212 درجة فهرنهايت (100 درجة مئوية). مع زيادة الارتفاع ، تقل كمية الغلاف الجوي فوق السائل ، وبالتالي تنخفض درجة حرارة غليان السائل. بشكل عام ، كلما انخفض الضغط الجوي ، انخفضت درجة غليان أي سائل. إلى جانب الضغط الجوي ، يؤثر التركيب الجزيئي والتجاذب بين جزيئات السائل على نقطة الغليان. السوائل ذات الروابط الجزيئية الضعيفة تغلي ، بشكل عام ، في درجات حرارة أقل من السوائل ذات الروابط القوية بين الجزيئات.
حساب نقطة الغليان
يمكن حساب نقطة الغليان على أساس الضغط باستخدام عدة صيغ مختلفة. تختلف هذه الصيغ من حيث التعقيد والدقة. بشكل عام ، ستكون الوحدات في هذه الحسابات في النظام المتري أو النظام الدولي (SI) ، مما يؤدي إلى درجات حرارة بالدرجات المئوية (
اج). للتحويل إلى فهرنهايت (او) ، استخدم التحويل:T (^ oF) = \ frac {9} {5} T (^ oC) +32
حيث T تعني درجة الحرارة. أما بالنسبة للضغط الجوي ، فتلغي وحدات الضغط ، أي الوحدات المستخدمة سواء كانت مم زئبق أم قضبان أم لا؟ psi أو أي وحدة أخرى ، أقل أهمية من التأكد من تطابق جميع قياسات الضغط الوحدات.
صيغة واحدة لحساب نقطة غليان الماء تستخدم نقطة الغليان المعروفة عند مستوى سطح البحر ، 100 درجة مئوية ، و الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر والضغط الجوي في الوقت والارتفاع الذي يستغرقه الغليان مكان.
في الارتفاعات العالية ، تتطلب نقطة غليان الماء المنخفضة طهي الطعام لفترات أطول لضمان درجات حرارة داخلية مناسبة. للسلامة ، استخدم مقياس حرارة اللحوم للتحقق من درجات الحرارة.
الصيغة:
BP_ {corr} = BP_ {obs} - (P_ {obs} -760 \ text {mmHg}) \ times 0.045 ^ o \ text {C / mmHg}
يمكن استخدامها لإيجاد درجة حرارة غليان غير معروفة للماء.
في هذه الصيغة ، تعني BPcorr نقطة الغليان عند مستوى سطح البحر ، و BPobs هي درجة الحرارة غير المعروفة ، وتعني Pobs الضغط الجوي في الموقع. القيمة 760mmHg هي الضغط الجوي القياسي بالمليمترات من الزئبق عند مستوى سطح البحر و 0.045اC / mmHg هو التغير التقريبي في درجة حرارة الماء مع كل تغيير ملم زئبقي في الضغط.
إذا كان الضغط الجوي يساوي 600 مم زئبق ونقطة الغليان غير معروفة عند هذا الضغط ، تصبح المعادلة
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (600 \ text {mmHg} -760 \ text {mmHg}) \ times 0.045 ° \ text {C / mmHg}
يعطي حساب المعادلة:
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (- 160 \ text {mmHg}) \ times 0.045 ° \ text {C / mmHg} = BP_ {obs} +7.2
تلغي وحدات mmHg بعضها البعض ، وتترك الوحدات في صورة درجات مئوية. عند حل نقطة الغليان عند 600 مم زئبق ، تصبح المعادلة:
BP_ {obs} = 100 ° \ text {C} -7.2 ° \ text {C} = 92.8 ° \ text {C}
لذا فإن نقطة غليان الماء عند 600 مم زئبق ، على ارتفاع 6400 قدم تقريبًا فوق مستوى سطح البحر ، ستكون 92.8 درجة مئوية ، أو:
92.8 \ times \ frac {9} {5} + 32 = 199 ° \ text {F}
تحذيرات
معادلات حساب نقطة الغليان
تستخدم المعادلة المفصلة أعلاه علاقة ضغط ودرجة حرارة معروفة مع تغير معروف في درجة الحرارة مع تغير في الضغط. طرق أخرى لحساب نقاط غليان السوائل بناءً على الضغط الجوي ، مثل معادلة كلاوزيوس وكلابيرون:
\ ln {\ frac {P_1} {P_2}} = - \ frac {L} {R} \ times (\ frac {1} {T_1} - \ frac {1} {T_2})
دمج عوامل إضافية. في معادلة Clausius-Clapeyron ، على سبيل المثال ، تتضمن المعادلة السجل الطبيعي (ln) لبداية الضغط مقسومًا على الضغط النهائي والحرارة الكامنة (L) للمادة وثابت الغاز العام (R). ترتبط الحرارة الكامنة بالتجاذب بين الجزيئات ، وهي خاصية للمادة التي تؤثر على معدل التبخر. تتطلب المواد ذات الحرارة الكامنة الأعلى طاقة أكبر للغليان لأن الجزيئات لها جاذبية أقوى لبعضها البعض.
تقدير نقطة الغليان
بشكل عام ، يمكن إجراء تقريب تقريبي لانخفاض درجة غليان الماء بناءً على الارتفاع. لكل 500 قدم زيادة في الارتفاع ، تنخفض درجة غليان الماء حوالي 0.9 درجة فهرنهايت.
تحديد نقطة الغليان باستخدام المخططات
يمكن أيضًا استخدام الرسم البياني لتقدير نقاط غليان السوائل. تستخدم المخططات ثلاثة مقاييس للتنبؤ بنقطة الغليان. يُظهر الرسم البياني مقياس درجة حرارة نقطة الغليان ودرجة حرارة نقطة الغليان على مقياس ضغط مستوى سطح البحر ومقياس الضغط العام.
لاستخدام نوموجراف ، قم بتوصيل قيمتين معروفتين باستخدام مسطرة واقرأ القيمة غير المعروفة على المقياس الثالث. ابدأ بإحدى القيم المعروفة. على سبيل المثال ، إذا كانت نقطة الغليان عند مستوى سطح البحر معروفة وكان الضغط الجوي معروفًا ، فقم بتوصيل هاتين النقطتين بمسطرة. يُظهر تمديد الخط من المعروفين المتصلين ما يجب أن تكون عليه درجة حرارة نقطة الغليان عند هذا الارتفاع. على العكس من ذلك ، إذا كانت درجة حرارة نقطة الغليان معروفة ونقطة الغليان عند مستوى سطح البحر ، فاستخدم مسطرة لتوصيل النقطتين ، لتمديد الخط لإيجاد الضغط الجوي.
استخدام الآلات الحاسبة على الإنترنت
توفر العديد من الآلات الحاسبة عبر الإنترنت درجات حرارة نقطة الغليان على ارتفاعات مختلفة. تُظهر العديد من هذه الآلات الحاسبة فقط العلاقة بين الضغط الجوي ودرجة غليان الماء ، لكن البعض الآخر يُظهر مركبات مشتركة إضافية.
استخدام الرسوم البيانية والجداول
تم تطوير الرسوم البيانية وجداول نقاط الغليان للعديد من السوائل. في حالة الجداول ، تظهر نقطة غليان السائل لمختلف الضغوط الجوية. في بعض الحالات ، يُظهر الجدول سائلًا واحدًا فقط ونقطة الغليان عند ضغوط مختلفة. في حالات أخرى ، قد يتم عرض عدة سوائل عند ضغوط مختلفة.
توضح الرسوم البيانية منحنيات نقطة الغليان بناءً على درجة الحرارة والضغط الجوي. تستخدم الرسوم البيانية ، مثل Nomograph ، القيم المعروفة لإنشاء منحنى أو ، كما هو الحال مع معادلة Clausius-Clapeyron ، استخدم السجل الطبيعي للضغط لتطوير خط مستقيم. يوضح الخط البياني علاقات نقطة الغليان المعروفة ، مع إعطاء مجموعة من قيم الضغط ودرجة الحرارة. معرفة قيمة واحدة ، اتبع خط القيمة لخط الضغط ودرجة الحرارة ، ثم انتقل إلى المحور الآخر لتحديد القيمة غير المعروفة.