"En overvåget gryde koger aldrig" kan virke som den ultimative sandhed, når man laver mad, men under de rette omstændigheder koger gryden endnu hurtigere end forventet. Uanset om det er camping eller kemi, kan det være udfordrende at forudsige kogepunktet.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Bestemmelse af kogepunkt baseret på tryk kan opnås ved hjælp af ligninger, estimering, nomografer, online regnemaskiner, tabeller og grafer.
Forståelse af kogepunkt
Kogning opstår, når dampens tryk i en væske er lig med lufttrykket i atmosfæren over væsken. For eksempel koger vand ved havoverfladen ved 212 ° F (100 ° C). Efterhånden som stigningen stiger, falder mængden af atmosfære over væsken, så væskens kogetemperatur falder. Generelt er det, at jo lavere atmosfæretryk, jo lavere kogetemperatur for enhver væske. Udover atmosfæretryk påvirker den molekylære struktur og tiltrækning mellem væskens molekyler kogepunktet. Væsker med svage intermolekylære bindinger koges generelt ved lavere temperaturer end væsker med stærke intermolekylære bindinger.
Beregning af kogepunkt
Beregning af kogepunkt baseret på tryk kan udføres ved hjælp af flere forskellige formler. Disse formler varierer i kompleksitet og nøjagtighed. Generelt vil enheder i disse beregninger være i det metriske eller System International (SI) system, hvilket resulterer i temperaturer i grader Celsius (oC). At konvertere til Fahrenheit (oF), brug konverteringen:
T (^ oF) = \ frac {9} {5} T (^ oC) +32
hvor T betyder temperatur. Hvad angår atmosfærisk tryk, annulleres trykenhederne, så hvilke enheder der anvendes, hvad enten mmHg, barer, psi eller en anden enhed, er mindre vigtigt end at være sikker på, at alle trykmålingerne er de samme enheder.
En formel til beregning af vandets kogepunkt bruger det kendte kogepunkt ved havoverfladen, 100 ° C, den atmosfærisk tryk ved havoverfladen og det atmosfæriske tryk på det tidspunkt og den højde, hvor kogningen tager placere.
Ved højere højder kræver vandets lavere kogepunkt madlavning i længere tid for at sikre tilstrækkelige indre temperaturer. Af sikkerhedshensyn skal du bruge et kødtermometer til at kontrollere temperaturen.
Formlen:
BP_ {corr} = BP_ {obs} - (P_ {obs} -760 \ text {mmHg}) \ times 0,045 ^ o \ text {C / mmHg}
kan bruges til at finde en ukendt kogetemperatur for vand.
I denne formel betyder BPcorr kogepunkt ved havoverfladen, BPobs er den ukendte temperatur, og Pobs betyder det atmosfæriske tryk på stedet. Værdien 760mmHg er standard atmosfærisk tryk i millimeter kviksølv ved havoverfladen og 0,045oC / mmHg er den omtrentlige ændring i vandtemperatur med hver millimeter kviksølvændring i tryk.
Hvis det atmosfæriske tryk er lig med 600 mmHg, og kogepunktet er ukendt ved dette tryk, bliver ligningen
100 ° \ tekst {C} = BP_ {obs} - (600 \ tekst {mmHg} -760 \ tekst {mmHg}) \ gange 0,045 ° \ tekst {C / mmHg}
Beregning af ligningen giver:
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (- 160 \ text {mmHg}) \ gange 0,045 ° \ text {C / mmHg} = BP_ {obs} +7,2
Enhederne på mmHg annullerer hinanden og efterlader enhederne i grader Celsius. Løst for kogepunktet ved 600 mmHg bliver ligningen:
BP_ {obs} = 100 ° \ tekst {C} -7,2 ° \ tekst {C} = 92,8 ° \ tekst {C}
Så kogepunktet for vand ved 600 mmHg, en højde på ca. 6400 fod over havets overflade, vil være 92,8 ° C eller:
92.8 \ times \ frac {9} {5} + 32 = 199 ° \ tekst {F}
Advarsler
Ligninger til beregning af kogepunkt
Ligningen beskrevet ovenfor bruger et kendt tryk og temperaturforhold med en kendt temperaturændring med trykændring. Andre metoder til beregning af kogepunkter for væsker baseret på atmosfærisk tryk, som ligningen Clausius – Clapeyron:
\ ln {\ frac {P_1} {P_2}} = - \ frac {L} {R} \ gange (\ frac {1} {T_1} - \ frac {1} {T_2})
indarbejde yderligere faktorer. I ligningen Clausius-Clapeyron inkorporerer ligningen for eksempel den naturlige log (ln) af start tryk divideret med sluttrykket, materialets latente varme (L) og den universelle gaskonstant (R). Latent varme vedrører tiltrækningen mellem molekyler, en egenskab ved materialet, der påvirker fordampningshastigheden. Materialer med højere latent varme kræver mere energi at koge, fordi molekylerne har en stærkere tiltrækning til hinanden.
Skøn over kogepunkt
Generelt kan en tilnærmelse af faldet i kogepunktet for vand foretages baseret på højden. For hver 500 fods stigning i højden falder vandets kogepunkt ca. 0,9 ° F.
Bestemmelse af kogepunkt ved hjælp af nomografier
En nomograf kan også bruges til at estimere kogepunkterne for væsker. Nomografier bruger tre skalaer til at forudsige kogepunktet. En nomograf viser en kogepunkts temperaturskala, en kogepunkts temperatur ved havniveau trykskala og en generel tryk skala.
For at bruge nomografen skal du forbinde to kendte værdier ved hjælp af en lineal og læse den ukendte værdi på den tredje skala. Start med en af de kendte værdier. For eksempel, hvis kogepunktet ved havets overflade er kendt, og barometertrykket er kendt, skal du forbinde disse to punkter med en lineal. Forlængelse af linjen fra de to tilsluttede kendskaber viser, hvad kogepunktstemperaturen ved denne højde skal være. Omvendt, hvis kogepunktstemperaturen er kendt, og kogepunktet ved havets overflade er kendt, skal du bruge en lineal til at forbinde de to prikker og udvide linjen for at finde barometertrykket.
Brug af online regnemaskiner
Flere online regnemaskiner giver kogepunkts temperaturer i forskellige højder. Mange af disse regnemaskiner viser kun sammenhængen mellem atmosfærisk tryk og kogepunktet for vand, men andre viser yderligere almindelige forbindelser.
Brug af grafer og tabeller
Grafer og tabeller over kogepunkter for mange væsker er blevet udviklet. I tilfælde af tabellerne vises væskens kogepunkt for forskellige atmosfæriske tryk. I nogle tilfælde viser tabellen kun en væske og kogepunktet ved forskellige tryk. I andre tilfælde kan der vises flere væsker ved forskellige tryk.
Grafer viser kogepunktskurver baseret på temperatur og barometertryk. Graferne bruger, ligesom nomografen, kendte værdier til at skabe en kurve eller, som med Clausius-Clapeyron-ligningen, bruger den naturlige log af trykket til at udvikle en lige linje. Den grafiske linie viser de kendte kogepunktsforhold givet et sæt tryk- og temperaturværdier. Når du kender en værdi, skal du følge værdilinjen til den grafiske tryk-temperaturlinje og derefter dreje til den anden akse for at bestemme den ukendte værdi.