„Наблюдаваната тенджера никога не кипи“ може да изглежда като най-добрата истина при готвене, но при подходящи обстоятелства тенджерата кипи дори по-бързо от очакваното. Независимо дали е къмпинг или химия, прогнозирането на точката на кипене може да бъде предизвикателство.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Определянето на точката на кипене въз основа на налягането може да се осъществи с помощта на уравнения, оценка, номографи, онлайн калкулатори, таблици и графики.
Разбиране на точката на кипене
Кипенето се получава, когато налягането на парите на течността се равнява на въздушното налягане на атмосферата над течността. Например, на морското равнище водата кипи при 212 ° F (100 ° C). С увеличаване на котата количеството атмосфера над течността намалява, така че температурата на кипене на течността намалява. Като цяло, колкото по-ниско е атмосферното налягане, толкова по-ниска е температурата на кипене на всяка течност. Освен атмосферното налягане, молекулната структура и привличането между молекулите на течността влияе върху точката на кипене. Течностите със слаби междумолекулни връзки кипят обикновено при по-ниски температури от течностите със силни междумолекулни връзки.
Изчисляване на точката на кипене
Изчисляването на точката на кипене въз основа на налягането може да се направи с помощта на няколко различни формули. Тези формули се различават по сложност и точност. Като цяло мерните единици в тези изчисления ще бъдат в метричната система или System International (SI), което води до температури в градуси по Целзий (o° С). За да конвертирате във Фаренхайт (oF), използвайте преобразуването:
T (^ oF) = \ frac {9} {5} T (^ oC) +32
където T означава температура. Що се отнася до атмосферното налягане, единиците за налягане се отменят, така че кои единици се използват, независимо дали mmHg, барове, psi или друга единица, е по-малко важно, отколкото да сте сигурни, че всички измервания на налягането са еднакви единици.
Една формула за изчисляване на точката на кипене на вода използва известната точка на кипене на морското равнище, 100 ° C, атмосферното налягане на морското равнище и атмосферното налягане в момента и надморската височина, където кипенето отнема място.
При по-висока кота, по-ниската точка на кипене на водата изисква готвене на храна за по-дълго време, за да се осигурят адекватни вътрешни температури. За безопасност използвайте термометър за месо, за да проверите температурите.
Формулата:
BP_ {corr} = BP_ {obs} - (P_ {obs} -760 \ text {mmHg}) \ пъти по 0,045 ^ o \ text {C / mmHg}
може да се използва за намиране на неизвестна температура на кипене на водата.
В тази формула BPcorr означава точка на кипене на морското равнище, BPobs е неизвестната температура, а Pobs означава атмосферното налягане в мястото. Стойността 760 mmHg е стандартно атмосферно налягане в милиметри живак на морското равнище и 0,045oC / mmHg е приблизителната промяна в температурата на водата с всяка промяна в налягането на милиметър живак.
Ако атмосферното налягане е равно на 600 mmHg и точката на кипене е неизвестна при това налягане, тогава уравнението става
100 ° \ текст {C} = BP_ {obs} - (600 \ text {mmHg} -760 \ text {mmHg}) \ пъти по 0,045 ° \ текст {C / mmHg}
Изчисляването на уравнението дава:
100 ° \ текст {C} = BP_ {obs} - (- 160 \ text {mmHg}) \ пъти по 0,045 ° \ текст {C / mmHg} = BP_ {obs} +7,2
Единиците mmHg се отменят взаимно, оставяйки мерните единици като градуси по Целзий. Решено за точката на кипене при 600 mmHg, уравнението става:
BP_ {obs} = 100 ° \ текст {C} -7,2 ° \ текст {C} = 92,8 ° \ текст {C}
Така че точката на кипене на вода при 600 mmHg, надморска височина от около 6400 фута над морското равнище, ще бъде 92,8 ° C, или:
92,8 \ пъти \ frac {9} {5} + 32 = 199 ° \ текст {F}
Предупреждения
Уравнения за изчисляване на точката на кипене
Уравнението, описано по-горе, използва известна връзка на налягане и температура с известна промяна в температурата с промяна на налягането. Други методи за изчисляване на точките на кипене на течности въз основа на атмосферното налягане, като уравнението на Клаузиус-Клапейрон:
\ ln {\ frac {P_1} {P_2}} = - \ frac {L} {R} \ пъти (\ frac {1} {T_1} - \ frac {1} {T_2})
включват допълнителни фактори. Например в уравнението на Клаузий-Клапейрон уравнението включва естествения логаритъм (ln) на изходното налягане, разделено на крайното налягане, латентната топлина (L) на материала и универсалната газова константа (R). Латентната топлина се отнася до привличането между молекулите, свойство на материала, което влияе върху скоростта на изпаряване. Материалите с по-висока латентна топлина изискват повече енергия за кипене, тъй като молекулите имат по-силно привличане една към друга.
Оценка на точката на кипене
Като цяло приближение на спада на точката на кипене за вода може да се направи въз основа на надморската височина. На всеки 500 фута увеличение на надморската височина, точката на кипене на водата пада около 0.9 ° F.
Определяне на точката на кипене с помощта на номографи
Номограф може също да се използва за оценка на точките на кипене на течностите. Номографите използват три скали за прогнозиране на точката на кипене. Номографът показва скала на температурата на кипене, температура на кипене на скалата на морското равнище и обща скала на налягане.
За да използвате номографа, свържете две известни стойности с помощта на линийка и прочетете неизвестната стойност на третата скала. Започнете с една от известните стойности. Например, ако точката на кипене на морското равнище е известна и барометричното налягане е известно, свържете тези две точки с линийка. Удължаването на линията от двете свързани познати показва каква трябва да бъде температурата на точката на кипене на тази кота. И обратно, ако температурата на точката на кипене е известна и точката на кипене на морското равнище е известна, използвайте линийка, за да свържете двете точки, удължавайки линията, за да намерите барометричното налягане.
Използване на онлайн калкулатори
Няколко он-лайн калкулатора осигуряват температури на кипене при различни височини. Много от тези калкулатори показват само връзката между атмосферното налягане и точката на кипене на водата, но други показват допълнителни общи съединения.
Използване на графики и таблици
Разработени са графики и таблици с точки на кипене на много течности. В случая на таблиците, точката на кипене на течността е показана за различни атмосферни налягания. В някои случаи таблицата показва само една течност и точката на кипене при различни налягания. В други случаи могат да бъдат показани няколко течности при различни налягания.
Графиките показват кривите на температурата на кипене въз основа на температурата и барометричното налягане. Графиките, подобно на номографа, използват известни стойности за създаване на крива или, както при уравнението на Клаузиус-Клапейрон, използват естествения дневник на налягането, за да развият права линия. Графираната линия показва известните отношения на температурата на кипене, като се дава набор от стойности за налягане и температура. Знаейки едната стойност, следвайте линията на стойността до графицираната линия налягане-температура, след което се обърнете към другата ос, за да определите неизвестната стойност.