„Sledovaný hrnec nikdy nevaří“ se může při vaření zdát jako konečný pravdivost, ale za správných okolností se hrnec vaří ještě rychleji, než se očekávalo. Ať už je to kempování nebo chemie, předpovídání bodu varu může být náročné.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Stanovení bodu varu na základě tlaku lze dosáhnout pomocí rovnic, odhadů, nomografů, online kalkulaček, tabulek a grafů.
Porozumění bodu varu
K varu dochází, když se tlak par kapaliny rovná tlaku vzduchu v atmosféře nad kapalinou. Například na hladině moře voda vře při 100 ° C. Jak se zvyšuje nadmořská výška, množství atmosféry nad kapalinou klesá, takže teplota varu kapaliny klesá. Obecně platí, že čím nižší je atmosférický tlak, tím nižší je teplota varu jakékoli kapaliny. Kromě atmosférického tlaku ovlivňuje bod varu molekulární struktura a přitažlivost mezi molekulami kapaliny. Kapaliny se slabými mezimolekulárními vazbami se vaří obecně při nižších teplotách než kapaliny se silnými mezimolekulárními vazbami.
Výpočet bodu varu
Výpočet bodu varu na základě tlaku lze provést pomocí několika různých vzorců. Tyto vzorce se liší složitostí a přesností. Obecně budou jednotky v těchto výpočtech v metrickém nebo System International (SI) systému, což vede k teplotám ve stupních Celsia (
ÓC). Chcete-li převést na Fahrenheita (ÓF), použijte převod:T (^ oF) = \ frac {9} {5} T (^ oC) +32
kde T znamená teplotu. Pokud jde o atmosférický tlak, tlakové jednotky se ruší, takže které jednotky se používají, ať už mmHg, bary, psi nebo jiná jednotka, je méně důležité než být jisti, že všechna měření tlaku jsou stejná Jednotky.
Jeden vzorec pro výpočet bodu varu vody používá známou teplotu varu na úrovni moře, 100 ° C, atmosférický tlak na hladině moře a atmosférický tlak v době a nadmořské výšce, kde trvá var místo.
Ve vyšších nadmořských výškách vyžaduje nižší bod varu vody vaření jídla po delší dobu, aby byla zajištěna odpovídající vnitřní teplota. Z bezpečnostních důvodů kontrolujte teploty pomocí masového teploměru.
Vzorec:
BP_ {corr} = BP_ {obs} - (P_ {obs} -760 \ text {mmHg}) \ krát 0,045 ^ o \ text {C / mmHg}
lze použít k nalezení neznámé teploty varu vody.
V tomto vzorci znamená BPcorr bod varu na hladině moře, BPobs je neznámá teplota a Pobs znamená atmosférický tlak v místě. Hodnota 760 mmHg je standardní atmosférický tlak v milimetrech rtuti na hladině moře a 0,045ÓC / mmHg je přibližná změna teploty vody s každou milimetrovou změnou tlaku rtuti.
Pokud se atmosférický tlak rovná 600 mmHg a bod varu není při tomto tlaku znám, pak se rovnice stane
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (600 \ text {mmHg} -760 \ text {mmHg}) \ krát 0,045 ° \ text {C / mmHg}
Výpočet rovnice dává:
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (- 160 \ text {mmHg}) \ krát 0,045 ° \ text {C / mmHg} = BP_ {obs} +7,2
Jednotky mmHg se navzájem ruší a ponechávají jednotky ve stupních Celsia. Vyřešen pro bod varu při 600 mmHg, rovnice se stává:
BP_ {obs} = 100 ° \ text {C} -7,2 ° \ text {C} = 92,8 ° \ text {C}
Takže bod varu vody při 600 mmHg, nadmořské výšce přibližně 6400 stop nad mořem, bude 92,8 ° C, nebo:
92,8 \ krát \ frac {9} {5} + 32 = 199 ° \ text {F}
Varování
Rovnice pro výpočet bodu varu
Výše uvedená rovnice používá známý vztah tlaku a teploty se známou změnou teploty se změnou tlaku. Další metody výpočtu bodů varu kapalin na základě atmosférického tlaku, jako je Clausius-Clapeyronova rovnice:
\ ln {\ frac {P_1} {P_2}} = - \ frac {L} {R} \ krát (\ frac {1} {T_1} - \ frac {1} {T_2})
začlenit další faktory. Například v rovnici Clausius-Clapeyron obsahuje rovnice přirozený log (ln) výchozího tlak dělený konečným tlakem, latentním teplem (L) materiálu a univerzální konstantou plynu (R). Latentní teplo souvisí s přitažlivostí mezi molekulami, což je vlastnost materiálu, která ovlivňuje rychlost odpařování. Materiály s vyšší latentní teplotou vyžadují k vaření více energie, protože molekuly jsou navzájem silněji přitahovány.
Odhad bodu varu
Obecně lze aproximovat pokles bodu varu pro vodu na základě nadmořské výšky. Při každém zvýšení nadmořské výšky 500 stop klesne bod varu vody asi o 0,9 ° F.
Stanovení bodu varu pomocí nomografů
K odhadu bodu varu kapalin lze také použít nomograf. Nomografy používají k předpovědi bodu varu tři stupnice. Nomograf ukazuje stupnici teploty varu, teplotu varu na stupnici tlaku na úrovni moře a obecnou stupnici tlaku.
Chcete-li použít nomograf, spojte dvě známé hodnoty pomocí pravítka a přečtěte neznámou hodnotu na třetí stupnici. Začněte jednou ze známých hodnot. Pokud je například známý bod varu na úrovni hladiny moře a je znám barometrický tlak, spojte tyto dva body pomocí pravítka. Prodloužení čáry ze dvou spojených známek ukazuje, jaká by měla být teplota bodu varu v této nadmořské výšce. Naopak, pokud je známa teplota bodu varu a je znám bod varu na úrovni hladiny moře, použijte k propojení dvou teček pravítko a prodloužením čáry zjistěte barometrický tlak.
Používání online kalkulaček
Několik online kalkulaček poskytuje teploty bodu varu v různých nadmořských výškách. Mnoho z těchto kalkulaček ukazuje pouze vztah mezi atmosférickým tlakem a teplotou varu vody, ale jiné ukazují další běžné sloučeniny.
Používání grafů a tabulek
Byly vyvinuty grafy a tabulky bodů varu mnoha kapalin. V případě tabulek je uvedena teplota varu kapaliny pro různé atmosférické tlaky. V některých případech tabulka ukazuje pouze jednu kapalinu a bod varu při různých tlacích. V ostatních případech může být zobrazeno několik kapalin při různých tlacích.
Grafy ukazují křivky bodu varu na základě teploty a barometrického tlaku. Grafy, stejně jako nomograf, používají známé hodnoty k vytvoření křivky nebo, stejně jako u Clausius-Clapeyronovy rovnice, používají přirozenou logiku tlaku k vytvoření přímky. Grafická čára ukazuje známé vztahy bodu varu dané sadou hodnot tlaku a teploty. Znáte-li jednu hodnotu, sledujte hodnotovou čáru po graficky znázorněnou linii tlaku a teploty a poté otočením k druhé ose určete neznámou hodnotu.