„Pozeraný hrniec nikdy nevarí“ sa môže pri varení javiť ako vrcholný truizmus, ale za správnych okolností sa hrniec varí ešte rýchlejšie, ako sa očakávalo. Či už je to kemp alebo chémia, predpovedanie teploty varu môže byť náročné.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Stanovenie teploty varu na základe tlaku je možné dosiahnuť pomocou rovníc, odhadov, nomografov, online kalkulačiek, tabuliek a grafov.
Pochopenie bodu varu
K varu dochádza, keď sa tlak pár kvapaliny rovná tlaku vzduchu v atmosfére nad kvapalinou. Napríklad na úrovni mora voda vrie pri teplote 100 ° C. Keď sa zvyšuje nadmorská výška, množstvo atmosféry nad kvapalinou klesá, takže teplota varu kvapaliny klesá. Všeobecne platí, že čím nižší je atmosférický tlak, tým nižšia je teplota varu akejkoľvek kvapaliny. Okrem atmosférického tlaku ovplyvňuje molekulárna štruktúra a príťažlivosť medzi molekulami kvapaliny bod varu. Kvapaliny so slabými medzimolekulovými väzbami varia obvykle pri nižších teplotách ako kvapaliny so silnými medzimolekulovými väzbami.
Výpočet bodu varu
Výpočet bodu varu na základe tlaku je možné vykonať pomocou niekoľkých rôznych vzorcov. Tieto vzorce sa líšia v zložitosti a presnosti. Všeobecne budú jednotky pri týchto výpočtoch v metrickom alebo System International (SI) systéme, čo vedie k teplotám v stupňoch Celzia (oC). Prevod na Fahrenheita (oF), použite prepočet:
T (^ oF) = \ frac {9} {5} T (^ oC) +32
kde T znamená teplotu. Pokiaľ ide o atmosférický tlak, tlakové jednotky sa rušia, takže ktoré jednotky sa používajú, či už mmHg, bary, psi alebo iná jednotka, je menej dôležité ako istota, že všetky merania tlaku sú rovnaké Jednotky.
Jeden vzorec na výpočet teploty varu vody používa známu teplotu varu na úrovni mora, 100 ° C, atmosférický tlak na úrovni mora a atmosférický tlak v čase a nadmorskej výške, pri ktorej trvá var miesto.
Vo vyšších nadmorských výškach vyžaduje nižší bod varu vody, aby sa jedlo varilo dlhšie, aby sa zabezpečila primeraná vnútorná teplota. Z bezpečnostných dôvodov kontrolujte teploty pomocou mäsového teplomeru.
Vzorec:
BP_ {corr} = BP_ {obs} - (P_ {obs} -760 \ text {mmHg}) \ krát 0,045 ^ o \ text {C / mmHg}
možno použiť na zistenie neznámej teploty varu vody.
V tomto vzorci znamená BPcorr bod varu na hladine mora, BPobs je neznáma teplota a Pobs znamená atmosférický tlak v danom mieste. Hodnota 760 mmHg je štandardný atmosférický tlak v milimetroch ortuti na úrovni mora a 0,045oC / mmHg je približná zmena teploty vody s každou milimetrovou zmenou tlaku ortuti.
Ak sa atmosférický tlak rovná 600 mmHg a bod varu nie je pri tomto tlaku známy, potom vznikne rovnica
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (600 \ text {mmHg} -760 \ text {mmHg}) \ krát 0,045 ° \ text {C / mmHg}
Výpočet rovnice dáva:
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (- 160 \ text {mmHg}) \ krát 0,045 ° \ text {C / mmHg} = BP_ {obs} +7,2
Jednotky mmHg sa navzájom rušia a jednotky zostávajú v stupňoch Celzia. Vyriešená pre bod varu pri 600 mmHg, rovnica sa stáva:
BP_ {obs} = 100 ° \ text {C} -7,2 ° \ text {C} = 92,8 ° \ text {C}
Takže bod varu vody pri 600 mmHg, nadmorskej výške približne 6400 stôp nad morom, bude 92,8 ° C, alebo:
92,8 \ krát \ frac {9} {5} + 32 = 199 ° \ text {F}
Varovania
Rovnice pre výpočet bodu varu
Vyššie uvedená rovnica používa známy vzťah tlaku a teploty so známou zmenou teploty so zmenou tlaku. Ďalšie metódy výpočtu bodov varu kvapalín na základe atmosférického tlaku, ako je Clausius-Clapeyronova rovnica:
\ ln {\ frac {P_1} {P_2}} = - \ frac {L} {R} \ krát (\ frac {1} {T_1} - \ frac {1} {T_2})
začleniť ďalšie faktory. Napríklad v rovnici Clausius-Clapeyron obsahuje rovnicu prirodzeného logaritmu (ln) počiatočného tlak delený konečným tlakom, latentným teplom (L) materiálu a univerzálnou plynovou konštantou (R). Latentné teplo súvisí s príťažlivosťou medzi molekulami, vlastnosťou materiálu, ktorá ovplyvňuje rýchlosť odparovania. Materiály s vyššími latentnými horúčavami vyžadujú na varenie viac energie, pretože molekuly sú navzájom silnejšie priťahované.
Odhad bodu varu
Všeobecne možno aproximovať pokles teploty varu pre vodu na základe nadmorskej výšky. Na každých 500 stôp zvýšenia nadmorskej výšky klesne teplota varu vody asi o 0,9 ° F.
Stanovenie bodu varu pomocou nomografov
Na odhad teploty varu kvapalín je možné použiť aj nomograf. Nomografy používajú na predpovedanie teploty varu tri stupnice. Nomograf zobrazuje stupnicu teploty varu, teplotu varu na stupnici tlaku na úrovni mora a všeobecnú stupnicu tlaku.
Ak chcete použiť nomograf, spojte dve známe hodnoty pomocou pravítka a odčítajte neznámu hodnotu na tretej stupnici. Začnite jednou zo známych hodnôt. Napríklad, ak je známy bod varu na hladine mora a je známy barometrický tlak, spojte tieto dva body pomocou pravítka. Predĺženie čiary od dvoch spojených známych ukazovateľov ukazuje, aká by mala byť teplota varu v tejto nadmorskej výške. Naopak, ak je známa teplota bodu varu a je známy bod varu na úrovni hladiny mora, pomocou pravítka spojte dve bodky a predĺžením čiary nájdite barometrický tlak.
Používanie online kalkulačiek
Niekoľko online kalkulačiek poskytuje teploty bodu varu v rôznych nadmorských výškach. Mnohé z týchto kalkulačiek ukazujú iba vzťah medzi atmosférickým tlakom a teplotou varu vody, ale iné ukazujú ďalšie bežné zlúčeniny.
Používanie grafov a tabuliek
Boli vyvinuté grafy a tabuľky bodov varu mnohých kvapalín. V prípade tabuliek je uvedená teplota varu kvapaliny pre rôzne atmosférické tlaky. V niektorých prípadoch je v tabuľke uvedená iba jedna kvapalina a bod varu pri rôznych tlakoch. V iných prípadoch sa môže zobraziť niekoľko kvapalín pri rôznych tlakoch.
Grafy znázorňujú krivky bodu varu na základe teploty a barometrického tlaku. Grafy, podobne ako nomograf, používajú známe hodnoty na vytvorenie krivky alebo ako v prípade Clausius-Clapeyronovej rovnice používajú prirodzenú logiku tlaku na vytvorenie priamky. Grafická čiara zobrazuje známe vzťahy bodu varu dané súborom hodnôt tlaku a teploty. Ak poznáte jednu hodnotu, sledujte hodnotovú čiaru po graficky znázornenú čiaru tlaku a teploty a potom otočením k druhej osi určte neznámu hodnotu.