"Katsottu kattila ei koskaan kiehu" saattaa tuntua lopulliselta totuudeltaan ruoanlaittoa varten, mutta oikeissa olosuhteissa potti kiehuu jopa odotettua nopeammin. Olipa sitten telttailu tai kemia, kiehumispisteen ennustaminen voi olla haastavaa.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Kiehumispisteen määrittäminen paineen perusteella voidaan suorittaa käyttämällä yhtälöitä, arvioita, nomografeja, online-laskimia, taulukoita ja kaavioita.
Kiehumispisteen ymmärtäminen
Kiehuminen tapahtuu, kun nesteen höyrynpaine on yhtä suuri kuin nesteen yläpuolella olevan ilmakehän ilmanpaine. Esimerkiksi merenpinnalla vesi kiehuu 100 ° C: n lämpötilassa. Korkeuden kasvaessa nesteen yläpuolella olevan ilmakehän määrä pienenee, joten nesteen kiehumislämpötila laskee. Yleensä mitä alhaisempi ilmanpaine, sitä alhaisempi minkä tahansa nesteen kiehumislämpötila. Ilmanpaineen lisäksi molekyylirakenne ja vetovoima nesteen molekyylien välillä vaikuttaa kiehumispisteeseen. Nesteet, joilla on heikot molekyylien väliset sidokset, kiehuvat yleensä matalammissa lämpötiloissa kuin nesteet, joilla on vahvat molekyylien väliset sidokset.
Kiehumispisteen laskeminen
Kiehumispiste voidaan laskea paineen perusteella useilla eri kaavoilla. Nämä kaavat ovat monimutkaisia ja tarkkoja. Yleensä yksikkö näissä laskelmissa on metrijärjestelmässä tai System International (SI) -järjestelmässä, mikä johtaa lämpötiloihin celsiusasteina (oC). Muunna Fahrenheit (oF), käytä muunnosta:
T (^ oF) = \ frac {9} {5} T (^ oC) +32
missä T tarkoittaa lämpötilaa. Ilmanpaineen osalta paineyksiköt poistuvat, joten mitkä yksiköt ovat käytössä, olivatpa mmHg, baareja, psi tai muu yksikkö, on vähemmän tärkeää kuin olla varma siitä, että kaikki paineen mittaukset ovat samat yksikköä.
Yhdessä kaavassa veden kiehumispisteen laskemiseksi käytetään tunnettua kiehumispistettä merenpinnan tasolla 100 ° C ilmanpaine merenpinnalla ja ilmanpaine sillä hetkellä ja korkeudella, johon kiehuminen tapahtuu paikka.
Suuremmissa korkeuksissa veden alempi kiehumispiste vaatii ruoanlaittoa pidempään riittävän sisäisen lämpötilan varmistamiseksi. Turvallisuuden vuoksi tarkista lämpötilat lihalämpömittarilla.
Kaava:
BP_ {corr} = BP_ {obs} - (P_ {obs} -760 \ teksti {mmHg}) \ kertaa 0,045 ^ o \ teksti {C / mmHg}
voidaan käyttää tuntemattoman veden kiehumislämpötilan löytämiseen.
Tässä kaavassa BPcorr tarkoittaa kiehumispistettä merenpinnalla, BPobs on tuntematon lämpötila ja Pobs tarkoittaa ilmakehän painetta paikassa. Arvo 760 mmHg on normaali ilmanpaine millimetreinä elohopeaa merenpinnassa ja 0,045oC / mmHg on likimääräinen muutos veden lämpötilassa jokaisen millimetrin elohopean muutoksen paineessa.
Jos ilmanpaine on 600 mmHg ja kiehumispistettä ei tunneta tuossa paineessa, yhtälöstä tulee
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (600 \ text {mmHg} -760 \ text {mmHg}) \ kertaa 0,045 ° \ text {C / mmHg}
Yhtälön laskeminen antaa:
100 ° \ teksti {C} = BP_ {obs} - (- 160 \ teksti {mmHg}) \ kertaa 0,045 ° \ teksti {C / mmHg} = BP_ {obs} +7,2
MmHg-yksiköt mitätöivät toisensa, jättäen yksiköt Celsius-asteina. Kiehumispisteen ollessa 600 mmHg ratkaistu, yhtälöstä tulee:
BP_ {obs} = 100 ° \ teksti {C} -7,2 ° \ teksti {C} = 92,8 ° \ teksti {C}
Joten veden kiehumispiste lämpötilassa 600 mmHg, noin 6400 jalan korkeudella merenpinnasta, on 92,8 ° C, tai:
92,8 \ kertaa \ frac {9} {5} + 32 = 199 ° \ teksti {F}
Varoitukset
Yhtälöt kiehumispisteen laskemiseksi
Edellä esitetyssä yhtälössä käytetään tunnettua paineen ja lämpötilan suhdetta tunnetun lämpötilan muutoksen ja paineen muutoksen kanssa. Muut menetelmät nesteiden kiehumispisteiden laskemiseksi ilmakehän paineen perusteella, kuten Clausius – Clapeyron-yhtälö:
\ ln {\ frac {P_1} {P_2}} = - \ frac {L} {R} \ kertaa (\ frac {1} {T_1} - \ frac {1} {T_2})
sisältää muita tekijöitä. Esimerkiksi Clausius-Clapeyron-yhtälössä yhtälö sisältää alkuluvun luonnollisen log (ln) paine jaettuna loppupaineella, materiaalin piilevällä lämmöllä (L) ja yleisellä kaasuvakiona (R). Piilevä lämpö liittyy molekyylien väliseen vetovoimaan, materiaalin ominaisuuteen, joka vaikuttaa höyrystymisnopeuteen. Materiaalit, joilla on korkeampi piilevä lämpö, vaativat enemmän energiaa kiehumiseksi, koska molekyyleillä on vahvempi vetovoima toisiinsa.
Kiehumispisteen arvioiminen
Yleensä veden kiehumispisteen pudotus voidaan arvioida korkeuden perusteella. Jokaista 500 jalan korkeuden nousua kohti veden kiehumispiste laskee noin 0,9 ° F.
Kiehumispisteen määrittäminen käyttämällä nomografeja
Nimeä voidaan käyttää myös nesteiden kiehumispisteiden arvioimiseen. Nomografit käyttävät kolmea astetta ennustamalla kiehumispiste. Nomografi näyttää kiehumispisteen lämpötila-asteikon, kiehumispisteen lämpötilan merenpinnan paineasteikolla ja yleisen paineasteikon.
Käytä nomografia yhdistämällä kaksi tunnettua arvoa viivaimella ja lukemalla tuntematon arvo kolmannelta asteikolta. Aloita yhdellä tunnetuista arvoista. Jos esimerkiksi kiehumispiste merenpinnalla on tiedossa ja ilmanpaine tiedetään, yhdistä nämä kaksi pistettä viivaimeen. Viivan jatkaminen kahdesta yhdistetystä tunnetusta osoittaa, minkä kiehumispisteen lämpötilan tulisi olla kyseisessä korkeudessa. Toisaalta, jos kiehumispisteen lämpötila on tiedossa ja kiehumispiste merenpinnassa tiedetään, yhdistä nämä kaksi pistettä viivaimella ja jatka viivaa barometrisen paineen löytämiseksi.
On-line-laskinten käyttö
Useat online-laskimet tarjoavat kiehumispisteen lämpötilat eri korkeuksissa. Monet näistä laskimista osoittavat vain ilmanpaineen ja veden kiehumispisteen välisen suhteen, mutta toiset osoittavat muita yleisiä yhdisteitä.
Kuvaajien ja taulukoiden käyttäminen
Monien nesteiden kiehumispisteiden kaaviot ja taulukot on kehitetty. Taulukoiden tapauksessa nesteen kiehumispiste näytetään eri ilmakehän paineille. Joissakin tapauksissa taulukossa esitetään vain yksi neste ja kiehumispiste eri paineissa. Muissa tapauksissa voidaan näyttää useita nesteitä eri paineissa.
Kaaviot osoittavat kiehumispistekäyrät lämpötilan ja ilmanpaineen perusteella. Kaaviot, kuten nomografi, käyttävät tunnettuja arvoja käyrän luomiseen tai, kuten Clausius-Clapeyron-yhtälön kohdalla, käytä paineen luonnollista lokia suoran viivan muodostamiseen. Graafinen viiva näyttää tunnetut kiehumispistesuhteet, annettu joukko paine- ja lämpötila-arvoja. Kun tiedät yhden arvon, seuraa arvolinjaa graafiseen paine-lämpötila-linjaan ja käänny sitten toiselle akselille tuntemattoman arvon määrittämiseksi.