"En bevakad gryta kokar aldrig" kan verka som den ultimata truism när du lagar mat, men under rätt omständigheter kokar potten ännu snabbare än väntat. Oavsett om det är camping eller kemi, kan det vara svårt att förutsäga kokpunkten.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Att bestämma kokpunkten baserat på tryck kan åstadkommas med hjälp av ekvationer, uppskattning, nomografier, on-line-räknare, tabeller och grafer.
Förstå kokpunkten
Kokning sker när ångtrycket i en vätska är lika med lufttrycket i atmosfären ovanför vätskan. Till exempel vid havsnivå kokar vatten vid 212 ° F (100 ° C). När höjden ökar minskar atmosfären över vätskan, så vätskans koktemperatur minskar. I allmänhet, ju lägre atmosfärstryck, desto lägre koktemperatur för någon vätska. Förutom atmosfärstryck påverkar den molekylära strukturen och attraktionen mellan vätskans molekyler kokpunkten. Vätskor med svaga intermolekylära bindningar kokar i allmänhet vid lägre temperaturer än vätskor med starka intermolekylära bindningar.
Beräkning av kokpunkt
Beräkning av kokpunkt baserat på tryck kan göras med hjälp av flera olika formler. Dessa formler varierar i komplexitet och noggrannhet. I allmänhet kommer enheterna i dessa beräkningar att vara i det metriska systemet eller System International (SI), vilket resulterar i temperaturer i grader Celsius (oC). Att konvertera till Fahrenheit (oF), använd omvandlingen:
T (^ oF) = \ frac {9} {5} T (^ oC) +32
där T betyder temperatur. När det gäller atmosfärstryck avbryts tryckenheterna, så vilka enheter som används, oavsett om mmHg, barer, psi eller en annan enhet, är mindre viktigt än att vara säker på att alla tryckmätningar är desamma enheter.
En formel för beräkning av vattenets kokpunkt använder den kända kokpunkten vid havsnivå, 100 ° C, den atmosfärstryck vid havsnivå och atmosfärstryck vid den tidpunkt och höjd där kokningen tar plats.
Vid högre höjder kräver den lägre kokpunkten för vatten att laga mat under längre tider för att säkerställa tillräckliga inre temperaturer. För en säkerhets skull, använd en kötttermometer för att kontrollera temperaturen.
Formeln:
BP_ {corr} = BP_ {obs} - (P_ {obs} -760 \ text {mmHg}) \ gånger 0,045 ^ o \ text {C / mmHg}
kan användas för att hitta en okänd koktemperatur för vatten.
I denna formel betyder BPcorr kokpunkt vid havsnivå, BPobs är den okända temperaturen och Pobs betyder atmosfärstrycket på platsen. Värdet 760mmHg är standard atmosfärstryck i millimeter kvicksilver vid havsnivå och 0,045oC / mmHg är den ungefärliga förändringen i vattentemperaturen för varje millimeter kvicksilverförändring i tryck.
Om atmosfärstrycket är lika med 600 mmHg och kokpunkten är okänd vid det trycket, blir ekvationen
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (600 \ text {mmHg} -760 \ text {mmHg}) \ gånger 0,045 ° \ text {C / mmHg}
Beräkning av ekvationen ger:
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (- 160 \ text {mmHg}) \ gånger 0,045 ° \ text {C / mmHg} = BP_ {obs} +7,2
Enheterna på mmHg avbryter varandra och lämnar enheterna i grader Celsius. Löst för kokpunkten vid 600 mmHg blir ekvationen:
BP_ {obs} = 100 ° \ text {C} -7,2 ° \ text {C} = 92,8 ° \ text {C}
Så kokpunkten för vatten vid 600 mmHg, en höjd av cirka 6400 fot över havet, kommer att vara 92,8 ° C, eller:
92.8 \ times \ frac {9} {5} + 32 = 199 ° \ text {F}
Varningar
Ekvationer för beräkning av kokpunkt
Ekvationen som beskrivs ovan använder ett känt tryck- och temperaturförhållande med en känd temperaturförändring med tryckförändring. Andra metoder för att beräkna kokpunkter för vätskor baserat på atmosfärstryck, som ekvationen Clausius – Clapeyron:
\ ln {\ frac {P_1} {P_2}} = - \ frac {L} {R} \ gånger (\ frac {1} {T_1} - \ frac {1} {T_2})
införliva ytterligare faktorer. I ekvationen Clausius-Clapeyron innehåller ekvationen till exempel den naturliga loggen (ln) i tryck dividerat med sluttrycket, materialets latenta värme (L) och den universella gaskonstanten (R). Latent värme hänför sig till attraktionen mellan molekyler, en egenskap hos materialet som påverkar förångningshastigheten. Material med högre latent värme kräver mer energi att koka eftersom molekylerna har en starkare attraktion till varandra.
Uppskattning av kokpunkten
I allmänhet kan en approximation av nedgången i kokpunkten för vatten göras baserat på höjd. För varje höjd på 500 fot sjunker vattenens kokpunkt cirka 0,9 ° F.
Bestämning av kokpunkt med nomografier
En nomograf kan också användas för att uppskatta vätskans kokpunkter. Nomografier använder tre skalor för att förutsäga kokpunkten. En nomograf visar en kokpunktstemperaturskala, en kokpunktstemperatur vid havsnivå tryckskala och en allmän tryckskala.
För att använda nomografen ansluter du två kända värden med hjälp av en linjal och läser det okända värdet på den tredje skalan. Börja med ett av de kända värdena. Om till exempel kokpunkten vid havsnivå är känd och barometertrycket är känt, anslut dessa två punkter med en linjal. Att förlänga linjen från de två anslutna kunskaperna visar vad kokpunktstemperaturen vid den höjden ska vara. Omvänt, om kokpunktstemperaturen är känd och kokpunkten vid havsnivå är känd, använd en linjal för att ansluta de två punkterna och förlänga linjen för att hitta barometertrycket.
Använda on-line-miniräknare
Flera online-räknare ger kokpunktstemperaturer i olika höjder. Många av dessa miniräknare visar endast förhållandet mellan atmosfärstryck och vattenets kokpunkt, men andra visar ytterligare vanliga föreningar.
Använda grafer och tabeller
Diagram och tabeller med kokpunkter för många vätskor har utvecklats. När det gäller tabellerna visas vätskans kokpunkt för olika atmosfärstryck. I vissa fall visar tabellen endast en vätska och kokpunkten vid olika tryck. I andra fall kan flera vätskor vid olika tryck visas.
Diagram visar kurvor för kokpunkten baserat på temperatur och barometertryck. Diagrammen använder, liksom nomografen, kända värden för att skapa en kurva eller, som med Clausius-Clapeyron-ekvationen, använder den naturliga loggen för trycket för att utveckla en rak linje. Den grafiska linjen visar de kända kokpunktförhållandena, givet en uppsättning tryck- och temperaturvärden. Att känna till ett värde, följ värdelinjen till den grafiska tryck-temperaturlinjen och vrid sedan till den andra axeln för att bestämma det okända värdet.