„Stebimas puodas niekada nevirsta“ gali atrodyti pagrindinis tikrumas gaminant maistą, tačiau esant tinkamoms aplinkybėms puodas užverda dar greičiau, nei tikėtasi. Nesvarbu, ar kempingas, ar chemija, nuspėti virimo temperatūrą gali būti sunku.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Virimo temperatūrą pagal slėgį galima nustatyti naudojant lygtis, įvertinimą, nomografus, tiesioginius skaičiuotuvus, lenteles ir grafikus.
Virimo taško supratimas
Virimas vyksta, kai skysčio garų slėgis yra lygus atmosferos oro slėgiui virš skysčio. Pavyzdžiui, jūros lygyje vanduo užverda 100 ° C temperatūroje. Didėjant aukščiui, atmosferos kiekis virš skysčio mažėja, todėl skysčio virimo temperatūra mažėja. Apskritai kuo žemesnis atmosferos slėgis, tuo žemesnė bet kurio skysčio virimo temperatūra. Be atmosferos slėgio, virimo temperatūrą veikia molekulinė sandara ir trauka tarp skysčio molekulių. Skysčiai, turintys silpnus tarpmolekulinius ryšius, apskritai verda žemesnėje temperatūroje nei skysčiai, turintys stiprių tarpmolekulinių jungčių.
Virimo taško apskaičiavimas
Apskaičiuoti virimo temperatūrą pagal slėgį galima naudojant keletą skirtingų formulių. Šios formulės skiriasi sudėtingumu ir tikslumu. Apskritai, atliekant šiuos skaičiavimus, vienetai bus metrinėje arba „System International“ (SI) sistemoje, todėl temperatūra bus Celsijaus laipsniais (oC). Norėdami konvertuoti į Fahrenheit (oF), naudokite konversiją:
T (^ oF) = \ frac {9} {5} T (^ oC) +32
kur T reiškia temperatūrą. Kalbant apie atmosferos slėgį, slėgio vienetai panaikinami, taigi kokie vienetai naudojami, ar mmHg, barai, psi ar kitas vienetas yra mažiau svarbus nei įsitikinti, kad visi slėgio matavimai yra vienodi vienetų.
Vienoje vandens virimo temperatūros skaičiavimo formulėje naudojama žinoma virimo temperatūra jūros lygyje, 100 ° C, atmosferos slėgis jūros lygyje ir atmosferos slėgis tuo metu ir aukštyje, kur vyksta virimas vieta.
Aukštesnėse vietose esant žemesnei vandens virimo temperatūrai maistą reikia ruošti ilgiau, kad būtų užtikrinta pakankama vidinė temperatūra. Saugumui naudokite mėsos termometrą, kad patikrintumėte temperatūrą.
Formulė:
BP_ {corr} = BP_ {obs} - (P_ {obs} -760 \ text {mmHg}) \ kartus 0,045 ^ o \ text {C / mmHg}
galima naudoti nežinomai vandens virimo temperatūrai surasti.
Pagal šią formulę BPcorr reiškia virimo temperatūrą jūros lygyje, BPobs yra nežinoma temperatūra, o Pobs - atmosferos slėgis toje vietoje. 760 mmHg vertė yra standartinis atmosferos slėgis milimetrais gyvsidabrio jūros lygyje ir 0,045oC / mmHg yra apytikslis vandens temperatūros pokytis keičiant gyvsidabrio milimetrą slėgiui.
Jei atmosferos slėgis lygus 600 mmHg, o virimo temperatūra tuo slėgiu nežinoma, tada lygybė tampa
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (600 \ text {mmHg} -760 \ text {mmHg}) \ times 0,045 ° \ text {C / mmHg}
Apskaičiuojant lygtį gaunama:
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (- 160 \ text {mmHg}) \ times 0,045 ° \ text {C / mmHg} = BP_ {obs} +7,2
MmHg vienetai panaikina vienas kitą, palikdami vienetus laipsniais Celsijaus. Išsprendus virimo temperatūrą esant 600 mmHg, lygtis tampa:
BP_ {obs} = 100 ° \ text {C} -7,2 ° \ text {C} = 92,8 ° \ text {C}
Taigi vandens virimo temperatūra esant 600 mmHg, maždaug 6400 pėdų aukštyje virš jūros lygio, bus 92,8 ° C, arba:
92,8 \ kartus \ frac {9} {5} + 32 = 199 ° \ tekstas {F}
Įspėjimai
Virimo taško skaičiavimo lygtys
Aukščiau aprašytoje lygtyje naudojamas žinomas slėgio ir temperatūros santykis su žinomu temperatūros pokyčiu keičiantis slėgiui. Kiti skysčių virimo taškų skaičiavimo metodai, remiantis atmosferos slėgiu, pavyzdžiui, Clausius – Clapeyron lygtis:
\ ln {\ frac {P_1} {P_2}} = - \ frac {L} {R} \ kartus (\ frac {1} {T_1} - \ frac {1} {T_2})
įtraukti papildomus veiksnius. Pavyzdžiui, Clausius-Clapeyron lygtyje į lygtį įtraukiamas pradinis pradinis log (ln) slėgis, padalytas iš galinio slėgio, medžiagos latentinės šilumos (L) ir visuotinės dujų konstantos (R). Latentinė šiluma susijusi su potraukiu tarp molekulių - medžiagos savybe, turinčia įtakos garavimo greičiui. Medžiagos su didesniu latentiniu karščiu užvirti reikalauja daugiau energijos, nes molekulės labiau traukia viena kitą.
Vertinant virimo tašką
Apskritai, atsižvelgiant į aukštį, galima nustatyti vandens virimo temperatūros kritimą. Kiekvienam 500 pėdų aukščio padidėjimui vandens virimo temperatūra nukrenta apie 0,9 ° F.
Virimo taško nustatymas naudojant nomografus
Skysčių virimo taškams įvertinti taip pat galima naudoti nomografą. Nomografai naudoja tris skales, kad nuspėtų virimo temperatūrą. Nomografas rodo virimo temperatūros skalę, virimo temperatūros temperatūrą jūros lygio slėgio skalėje ir bendrą slėgio skalę.
Norėdami naudoti nomografą, naudodami liniuotę prijunkite dvi žinomas vertes ir trečioje skalėje perskaitykite nežinomą vertę. Pradėkite nuo vienos iš žinomų verčių. Pavyzdžiui, jei virimo temperatūra jūros lygyje yra žinoma ir barometrinis slėgis yra žinomas, prijunkite tuos du taškus liniuote. Pratęsus liniją nuo dviejų sujungtų žinomų elementų, matyti, kokia turėtų būti virimo taško temperatūra tame aukštyje. Ir atvirkščiai, jei virimo temperatūra yra žinoma ir virimo temperatūra jūros lygyje yra žinoma, naudokite liniuotę, kad sujungtumėte du taškus, pratęsdami liniją, kad nustatytumėte barometrinį slėgį.
On-line skaičiuoklių naudojimas
Keletas internetinių skaičiuoklių pateikia virimo taško temperatūrą skirtingais aukščiais. Daugelis šių skaičiuotuvų rodo tik santykį tarp atmosferos slėgio ir vandens virimo temperatūros, tačiau kiti rodo papildomus įprastus junginius.
Naudojant grafikus ir lenteles
Parengti daugelio skysčių virimo taškų grafikai ir lentelės. Lentelių atveju skysčio virimo temperatūra parodyta esant skirtingam atmosferos slėgiui. Kai kuriais atvejais lentelėje nurodomas tik vienas skystis ir virimo temperatūra esant skirtingam slėgiui. Kitais atvejais gali būti rodomi keli skirtingo slėgio skysčiai.
Grafikuose parodytos virimo temperatūros kreivės, pagrįstos temperatūra ir barometriniu slėgiu. Grafikuose, kaip ir nomografe, kreivės sukūrimui naudojamos žinomos vertės arba, kaip ir Clausius-Clapeyron lygtyje, naudojamas natūralus slėgio žurnalas tiesiai linijai sukurti. Grafinė linija rodo žinomus virimo temperatūros santykius, atsižvelgiant į slėgio ir temperatūros verčių rinkinį. Žinodami vieną vertę, eikite vertės linija iki grafiko slėgio ir temperatūros linijos, tada pasukite į kitą ašį, kad nustatytumėte nežinomą vertę.