"En overvåket gryte koker aldri" kan virke som den ultimate sannheten når du lager mat, men under de rette omstendighetene koker gryten enda raskere enn forventet. Enten camping eller kjemi, kan det være utfordrende å forutsi kokepunktet.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Å bestemme kokepunktet basert på trykk kan oppnås ved hjelp av ligninger, estimering, nomografer, online kalkulatorer, tabeller og grafer.
Forståelse av kokepunkt
Koking oppstår når damptrykket til en væske er lik lufttrykket i atmosfæren over væsken. For eksempel koker vann ved havnivå ved 212 ° F (100 ° C). Når høyden øker, reduseres atmosfæremengden over væsken, slik at væskens koketemperatur synker. Generelt, jo lavere atmosfæretrykk, desto lavere koketemperatur for væske. Foruten atmosfæretrykk, påvirker molekylstrukturen og tiltrekningen mellom molekylene i væsken kokepunktet. Væsker med svake intermolekylære bindinger koker generelt ved lavere temperaturer enn væsker med sterke intermolekylære bindinger.
Beregning av kokepunkt
Beregning av kokepunkt basert på trykk kan gjøres ved hjelp av flere forskjellige formler. Disse formlene varierer i kompleksitet og nøyaktighet. Generelt vil enheter i disse beregningene være i det metriske eller System International (SI) -systemet, noe som resulterer i temperaturer i grader Celsius (oC). Å konvertere til Fahrenheit (oF), bruk konverteringen:
T (^ oF) = \ frac {9} {5} T (^ oC) +32
hvor T betyr temperatur. Når det gjelder atmosfæretrykk, avbrytes trykkenhetene, så hvilke enheter som brukes, enten mmHg, barer, psi eller en annen enhet, er mindre viktig enn å være sikker på at alle trykkmålingene er de samme enheter.
En formel for beregning av vannets kokepunkt bruker det kjente kokepunktet ved havnivå, 100 ° C, den atmosfæretrykk ved havnivå og atmosfæretrykket på tidspunktet og høyden der koking tar plass.
Ved høyere høyder krever det nedre kokepunktet for vann å tilberede mat i lengre tid for å sikre tilstrekkelige innetemperaturer. For sikkerhets skyld, bruk et kjøtttermometer for å kontrollere temperaturen.
Formelen:
BP_ {corr} = BP_ {obs} - (P_ {obs} -760 \ text {mmHg}) \ ganger 0,045 ^ o \ text {C / mmHg}
kan brukes til å finne en ukjent koketemperatur for vann.
I denne formelen betyr BPcorr kokepunkt ved havnivå, BPobs er den ukjente temperaturen, og Pobs betyr atmosfæretrykket på stedet. Verdien 760mmHg er standard atmosfærisk trykk i millimeter kvikksølv ved havnivå og 0,045oC / mmHg er den omtrentlige endringen i vanntemperatur for hver millimeter kvikksølvforandring i trykk.
Hvis atmosfæretrykket er lik 600 mmHg og kokepunktet er ukjent ved det trykket, blir ligningen
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (600 \ text {mmHg} -760 \ text {mmHg}) \ ganger 0,045 ° \ text {C / mmHg}
Beregning av ligningen gir:
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (- 160 \ text {mmHg}) \ ganger 0,045 ° \ text {C / mmHg} = BP_ {obs} +7,2
Enhetene på mmHg avbryter hverandre og lar enhetene ligge i grader Celsius. Løst for kokepunktet ved 600 mmHg blir ligningen:
BP_ {obs} = 100 ° \ text {C} -7,2 ° \ text {C} = 92,8 ° \ text {C}
Så kokepunktet for vann ved 600 mmHg, en høyde på omtrent 6400 fot over havet, vil være 92,8 ° C, eller:
92.8 \ times \ frac {9} {5} + 32 = 199 ° \ text {F}
Advarsler
Ligninger for beregning av kokepunkt
Ligningen beskrevet ovenfor bruker et kjent trykk og temperaturforhold med en kjent temperaturendring med trykkendring. Andre metoder for å beregne kokepunkter for væsker basert på atmosfærisk trykk, som ligningen Clausius – Clapeyron:
\ ln {\ frac {P_1} {P_2}} = - \ frac {L} {R} \ ganger (\ frac {1} {T_1} - \ frac {1} {T_2})
innlemme flere faktorer. I ligningen Clausius-Clapeyron inkluderer ligningen for eksempel den naturlige loggen (ln) til start trykk delt på sluttrykket, materialets latente varme (L) og den universelle gasskonstanten (R). Latent varme er relatert til tiltrekningen mellom molekyler, en egenskap av materialet som påvirker fordampningshastigheten. Materialer med høyere latent varme krever mer energi å koke fordi molekylene har en sterkere tiltrekningskraft til hverandre.
Estimere kokepunkt
Generelt kan en tilnærming av fallet i kokepunkt for vann gjøres basert på høyde. For hver høyde på 500 fot faller vannets kokepunkt ca. 0,9 ° F.
Bestemmelse av kokepunkt ved bruk av nomografier
En nomograf kan også brukes til å estimere væskens kokepunkter. Nomografier bruker tre skalaer for å forutsi kokepunkt. En nomograf viser en kokepunktstemperaturskala, en kokepunktstemperatur ved havnivå trykk skala og en generell trykk skala.
For å bruke nomografen, koble to kjente verdier ved hjelp av en linjal og les den ukjente verdien på den tredje skalaen. Start med en av de kjente verdiene. Hvis for eksempel kokepunktet ved havnivå er kjent og barometertrykket er kjent, kobler du de to punktene med en linjal. Å utvide linjen fra de to tilkoblede kjennskapene viser hva kokepunktstemperaturen på den høyden skal være. Omvendt, hvis kokepunktstemperaturen er kjent og kokepunktet ved havnivå er kjent, bruker du en linjal for å koble sammen de to prikkene, og utvider linjen for å finne barometertrykket.
Bruke on-line kalkulatorer
Flere kalkulatorer gir kokepunktstemperaturer i forskjellige høyder. Mange av disse kalkulatorene viser bare sammenhengen mellom atmosfærisk trykk og vannets kokepunkt, men andre viser flere vanlige forbindelser.
Bruke grafer og tabeller
Grafer og tabeller med kokepunkter for mange væsker er utviklet. Når det gjelder tabellene, vises væskens kokepunkt for forskjellige atmosfæriske trykk. I noen tilfeller viser tabellen bare en væske og kokepunktet ved forskjellige trykk. I andre tilfeller kan det vises flere væsker ved forskjellige trykk.
Diagrammer viser kokepunktkurver basert på temperatur og barometertrykk. Grafene, i likhet med nomografen, bruker kjente verdier for å lage en kurve, eller som med Clausius-Clapeyron-ligningen, bruker du den naturlige loggen til trykket for å utvikle en rett linje. Den grafiske linjen viser de kjente kokepunktforholdene, gitt et sett med trykk- og temperaturverdier. Å vite en verdi, følg verdilinjen til den grafiske trykk-temperaturlinjen, og vri deretter til den andre aksen for å bestemme den ukjente verdien.