A „figyelt fazék soha nem forr” főzéskor a végső valóságnak tűnhet, de megfelelő körülmények között a fazék még a vártnál is gyorsabban forr. Akár táborozás, akár kémia, a forráspont megjósolása kihívást jelenthet.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A forráspont meghatározása a nyomás alapján egyenletek, becslés, nomográfok, on-line számológépek, táblázatok és grafikonok segítségével végezhető el.
Forráspont megértése
Forrás akkor fordul elő, ha egy folyadék gőznyomása megegyezik a folyadék fölötti atmoszféra légnyomásával. Például tengerszinten a víz 100 ° C-on 212 ° F-on forr. A magasság növekedésével a folyadék feletti atmoszféra mennyisége csökken, így a folyadék forráspontja csökken. Általában minél alacsonyabb a légköri nyomás, annál alacsonyabb a folyadék forráspontja. A légköri nyomás mellett a folyadék molekulái közötti molekulaszerkezet és vonzerő befolyásolja a forráspontot. A gyenge intermolekuláris kötésekkel rendelkező folyadékok általában alacsonyabb hőmérsékleten forrnak, mint az erős molekulák közötti kötések.
Forráspont kiszámítása
A forráspont kiszámítása a nyomás alapján többféle képlet segítségével elvégezhető. Ezek a képletek összetettségükben és pontosságukban különböznek. Általában ezekben a számításokban az egységek a metrikus vagy a System International (SI) rendszerben lesznek, ami Celsius-fokban (oC). Fahrenheit (oF), használja az átváltást:
T (^ oF) = \ frac {9} {5} T (^ oC) +32
ahol T jelentése hőmérséklet. Ami a légköri nyomást illeti, a nyomásegységek megszűnnek, tehát mely egységeket használják, legyenek mmHg, bár, psi vagy más egység, kevésbé fontos, mint megbizonyosodni arról, hogy az összes nyomásmérés azonos egységek.
A víz forráspontjának kiszámításához az egyik képlet az ismert tengerszint, 100 ° C forráspontot használja légköri nyomás a tengerszint felett, valamint a légköri nyomás abban az időben és magasságban, ahol a forrás forog hely.
Magasabb szinteken a víz alacsonyabb forráspontja miatt hosszabb ideig kell főzni az ételeket a megfelelő belső hőmérséklet biztosítása érdekében. A biztonság érdekében használjon húshőmérőt a hőmérséklet ellenőrzéséhez.
A képlet:
BP_ {corr} = BP_ {obs} - (P_ {obs} -760 \ text {mmHg}) \ szor 0,045 ^ o \ text {C / mmHg}
felhasználható a víz ismeretlen forráspontjának megtalálásához.
Ebben a képletben a BPcorr a tengerszint forráspontját jelenti, a BPobs az ismeretlen hőmérsékletet, a Pobs pedig a helyszín légköri nyomását jelenti. A 760 mmHg érték a szokásos légköri nyomás, milliméter higanyban a tengerszint felett, és 0,045oA C / Hgmm a víz hőmérsékletének hozzávetőleges változása minden milliméteres higanynyomás-változással.
Ha a légköri nyomás 600 Hgmm, és a forráspont ezen a nyomáson ismeretlen, akkor az egyenlet
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (600 \ text {mmHg} -760 \ text {mmHg}) \ szor 0,045 ° \ text {C / mmHg}
Az egyenlet kiszámítása:
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (- 160 \ text {mmHg}) \ szor 0,045 ° \ text {C / mmHg} = BP_ {obs} +7,2
A Hgmm egységek törlik egymást, így az egységek Celsius fokban maradnak. Megoldva a forráspontot 600 Hgmm-en, az egyenlet a következõvé válik:
BP_ {obs} = 100 ° \ text {C} -7,2 ° \ text {C} = 92.8 ° \ text {C}
Tehát a víz forráspontja 600 Hgmm-en, körülbelül 6400 láb tengerszint feletti magasságban 92,8 ° C lesz, vagy:
92,8 \ szor \ frac {9} {5} + 32 = 199 ° \ szöveg {F}
Figyelmeztetések
Egyenletek a forráspont kiszámításához
A fentiekben részletezett egyenlet ismert nyomás- és hőmérsékleti viszonyt használ, ismert hőmérsékletváltozással és nyomásváltozással. A folyadékok forráspontjának légköri nyomáson alapuló kiszámításának egyéb módszerei, például a Clausius – Clapeyron egyenlet:
\ ln {\ frac {P_1} {P_2}} = - \ frac {L} {R} \ -szer (\ frac {1} {T_1} - \ frac {1} {T_2})
tartalmazzon további tényezőket. A Clausius-Clapeyron egyenletben például az egyenlet a kiindulási érték természetes log (ln) értékét tartalmazza. nyomás osztva a végnyomással, az anyag látens hőjével (L) és az univerzális gázállandóval (R). A látens hő a molekulák közötti vonzódáshoz kapcsolódik, az anyag azon tulajdonságához, amely befolyásolja a párolgás sebességét. A magasabb látens hővel rendelkező anyagok több energiát igényelnek a forrásban, mert a molekulák erősebben vonzódnak egymáshoz.
Forráspont becslése
Általában a víz forráspontjának csökkenését a magasság alapján lehet megközelíteni. Minden 500 láb magasságnövekedés esetén a víz forráspontja körülbelül 0,9 ° F-ra csökken.
Forráspont meghatározása nomográfok segítségével
A folyadékok forráspontjának becsléséhez nomográf is használható. A nomográfusok három skálát használnak a forráspont megjóslására. A nomográfia mutatja a forráspont hőmérsékleti skáláját, a forráspont hőmérsékletét a tengerszint nyomásmérlegén és az általános nyomásskálát.
A nomográf használatához kössön két ismert értéket egy vonalzó segítségével, és olvassa el az ismeretlen értéket a harmadik skálán. Kezdje az ismert értékek egyikével. Például, ha a tengerszint forráspontja ismert és a légnyomás ismert, kösse össze ezt a két pontot egy vonalzóval. Az egyenes kiterjesztése a két összekapcsolt ismert elemről megmutatja, hogy az adott magasságban mekkora legyen a forráspont hőmérséklete. Ezzel szemben, ha a forráspont hőmérséklete ismert, és a tengerszint forráspontja ismert, használjon vonalzót a két pont összekapcsolására, és a vonalat meghosszabbítva találja meg a légnyomást.
On-line számológépek használata
Számos on-line számológép biztosítja a forráspont hőmérsékletét különböző magasságokban. Számos ilyen számológép csak a légköri nyomás és a víz forráspontja közötti kapcsolatot mutatja, mások viszont további általános vegyületeket mutatnak.
Grafikonok és táblázatok használata
Sok folyadék forráspontjának grafikonjait és táblázatait dolgozták ki. A táblázatok esetében a folyadék forráspontját mutatjuk be a különböző légköri nyomásokra. Bizonyos esetekben a táblázat csak egy folyadékot és a forráspontot mutatja különböző nyomásokon. Más esetekben több folyadék jelenhet meg különböző nyomáson.
A grafikonok forráspont-görbéket mutatnak a hőmérséklet és a barometrikus nyomás alapján. A grafikonok, csakúgy, mint a nomográf, ismert értékeket használnak görbe létrehozásához, vagy a Clausius-Clapeyron egyenlethez hasonlóan a nyomás természetes log-ját használják egy egyenes kialakításához. A grafikus vonal mutatja az ismert forráspont-összefüggéseket, adott nyomás- és hőmérséklet-értékkészletet adva. Az egyik érték ismeretében kövesse az értékvonalat a grafikus nyomás-hőmérséklet vonalig, majd forduljon a másik tengelyhez az ismeretlen érték meghatározásához.