"Vērotais katls nekad nevāra" var šķist galīgais patiesums gatavojot ēdienu, taču pareizos apstākļos katls vārās vēl ātrāk, nekā paredzēts. Neatkarīgi no tā, vai esat kempings vai ķīmija, vārīšanās temperatūras prognozēšana var būt sarežģīta.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Viršanas temperatūru var noteikt, pamatojoties uz spiedienu, izmantojot vienādojumus, novērtējumus, nomogrāfus, tiešsaistes kalkulatorus, tabulas un grafikus.
Izpratne par viršanas temperatūru
Vārīšanās notiek, ja šķidruma tvaika spiediens ir vienāds ar atmosfēras gaisa spiedienu virs šķidruma. Piemēram, jūras līmenī ūdens vārās 212 ° F (100 ° C) temperatūrā. Palielinoties augstumam, atmosfēras daudzums virs šķidruma samazinās, tāpēc šķidruma viršanas temperatūra pazeminās. Parasti, jo zemāks ir atmosfēras spiediens, jo zemāka ir jebkura šķidruma viršanas temperatūra. Papildus atmosfēras spiedienam viršanas temperatūru ietekmē šķidruma molekulu molekulārā struktūra un pievilcība. Šķidrumi ar vājām starpmolekulārajām saitēm parasti vārās zemākā temperatūrā nekā šķidrumi ar spēcīgām starpmolekulārajām saitēm.
Vārīšanās punkta aprēķināšana
Aprēķinot viršanas temperatūru, pamatojoties uz spiedienu, var veikt, izmantojot vairākas dažādas formulas. Šīs formulas atšķiras pēc sarežģītības un precizitātes. Kopumā šajos aprēķinos vienības būs metriskajā vai System International (SI) sistēmā, kā rezultātā temperatūra tiks sasniegta pēc Celsija grādiem (oC). Lai pārvērstu par Fārenheitu (oF), izmantojiet konversiju:
T (^ oF) = \ frac {9} {5} T (^ oC) +32
kur T nozīmē temperatūru. Kas attiecas uz atmosfēras spiedienu, spiediena vienības izdziest, tāpēc kuras vienības tiek izmantotas, vai mmHg, bāri, psi vai cita mērvienība, ir mazāk svarīga nekā pārliecība, ka visi spiediena mērījumi ir vienādi vienības.
Vienā ūdens viršanas temperatūras aprēķināšanas formulā tiek izmantota zināmā viršanas temperatūra jūras līmenī 100 ° C atmosfēras spiediens jūras līmenī un atmosfēras spiediens laikā un augstumā, kur notiek vārīšanās vieta.
Augstākā augstumā ūdens zemāka viršanas temperatūra prasa ēdiena gatavošanu ilgāku laiku, lai nodrošinātu pietiekamu iekšējo temperatūru. Drošības nolūkos temperatūras pārbaudei izmantojiet gaļas termometru.
Formula:
BP_ {corr} = BP_ {obs} - (P_ {obs} -760 \ text {mmHg}) \ reizes 0,045 ^ o \ text {C / mmHg}
var izmantot, lai atrastu nezināmu ūdens vārīšanās temperatūru.
Šajā formulā BPcorr nozīmē viršanas temperatūru jūras līmenī, BPobs ir nezināma temperatūra, un Pobs nozīmē atmosfēras spiedienu vietā. Vērtība 760mmHg ir standarta atmosfēras spiediens dzīvsudraba staba milimetros jūras līmenī un 0,045oC / mmHg ir aptuvenās ūdens temperatūras izmaiņas ar katru milimetru dzīvsudraba spiediena izmaiņām.
Ja atmosfēras spiediens ir vienāds ar 600 mmHg un vārīšanās temperatūra šajā spiedienā nav zināma, tad vienādojums kļūst
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (600 \ text {mmHg} -760 \ text {mmHg}) \ reizes 0,045 ° \ text {C / mmHg}
Aprēķinot vienādojumu, iegūst:
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (- 160 \ text {mmHg}) \ times 0.045 ° \ text {C / mmHg} = BP_ {obs} +7,2
MmHg vienības atceļ viena otru, atstājot vienības kā grādus pēc Celsija. Atrisināts viršanas temperatūrai pie 600 mmHg, vienādojums kļūst:
BP_ {obs} = 100 ° \ teksts {C} -7,2 ° \ teksts {C} = 92,8 ° \ teksts {C}
Tātad ūdens viršanas temperatūra pie 600 mmHg, aptuveni 6400 pēdu augstumā virs jūras līmeņa, būs 92,8 ° C vai:
92,8 \ reizes \ frac {9} {5} + 32 = 199 ° \ teksts {F}
Brīdinājumi
Vienādojumi viršanas punkta aprēķināšanai
Iepriekš aprakstītajā vienādojumā tiek izmantotas zināmas spiediena un temperatūras attiecības ar zināmām temperatūras izmaiņām ar spiediena izmaiņām. Citas šķidrumu viršanas punktu aprēķināšanas metodes, pamatojoties uz atmosfēras spiedienu, piemēram, Klauzusa – Klapeirona vienādojums:
\ ln {\ frac {P_1} {P_2}} = - \ frac {L} {R} \ reizes (\ frac {1} {T_1} - \ frac {1} {T_2})
iekļaut papildu faktorus. Piemēram, Klausiusa-Klapeirona vienādojumā vienādojums iekļauj sākuma naturālo log (ln) spiediens dalīts ar beigu spiedienu, materiāla latento siltumu (L) un universālo gāzes konstanti (R). Latentais siltums attiecas uz piesaisti starp molekulām, materiāla īpašību, kas ietekmē iztvaikošanas ātrumu. Materiāliem ar augstāku latento karstumu ir nepieciešams vairāk enerģijas, lai vārītos, jo molekulām ir lielāka pievilcība viena otrai.
Vārīšanās punkta noteikšana
Parasti ūdens viršanas temperatūras kritumu var aprēķināt, pamatojoties uz augstumu. Ik pēc 500 pēdu augstuma palielināšanās ūdens viršanas temperatūra pazeminās aptuveni 0.9 ° F.
Viršanas punkta noteikšana, izmantojot nomogrāfus
Lai novērtētu šķidrumu viršanas temperatūru, var izmantot arī nomogrāfu. Nomogrāfi izmanto trīs skalas, lai prognozētu viršanas temperatūru. Nomogrāfs parāda viršanas temperatūras skalu, viršanas temperatūras temperatūru jūras līmeņa spiediena skalā un vispārēju spiediena skalu.
Lai izmantotu nomogrāfu, savienojiet divas zināmās vērtības, izmantojot lineālu, un nolasiet nezināmo vērtību trešajā skalā. Sāciet ar kādu no zināmajām vērtībām. Piemēram, ja viršanas temperatūra jūras līmenī ir zināma un barometriskais spiediens ir zināms, savienojiet šos divus punktus ar lineālu. Līnijas pagarināšana no diviem savienotajiem zināmajiem elementiem parāda, kādai jābūt viršanas temperatūras temperatūrai šajā augstumā. Un otrādi, ja viršanas temperatūra ir zināma un viršanas temperatūra jūras līmenī ir zināma, izmantojiet lineālu, lai savienotu abus punktus, pagarinot līniju, lai atrastu barometrisko spiedienu.
Tiešsaistes kalkulatoru izmantošana
Vairāki tiešsaistes kalkulatori nodrošina viršanas temperatūras temperatūru dažādos augstumos. Daudzi no šiem kalkulatoriem parāda tikai saistību starp atmosfēras spiedienu un ūdens viršanas temperatūru, bet citi parāda papildu parastos savienojumus.
Izmantojot grafikus un tabulas
Ir izstrādāti daudzu šķidrumu viršanas punktu grafiki un tabulas. Tabulu gadījumā šķidruma viršanas temperatūra tiek parādīta dažādiem atmosfēras spiedieniem. Dažos gadījumos tabulā ir parādīts tikai viens šķidrums un viršanas temperatūra dažādos spiedienos. Citos gadījumos var parādīt vairākus šķidrumus ar dažādu spiedienu.
Grafiki parāda viršanas temperatūras līknes, pamatojoties uz temperatūru un barometrisko spiedienu. Grafiki, tāpat kā nomogrāfs, izmanto zināmas vērtības, lai izveidotu līkni, vai, tāpat kā ar Clausius-Clapeyron vienādojumu, izmanto dabisko spiediena žurnālu, lai izveidotu taisnu līniju. Grafiskā līnija parāda zināmās viršanas temperatūras attiecības, ņemot vērā spiediena un temperatūras vērtību kopu. Zinot vienu vērtību, sekojiet vērtības līnijai līdz grafiskai spiediena un temperatūras līnijai, pēc tam pagriezieties uz otru asi, lai noteiktu nezināmo vērtību.