"หม้อที่เฝ้าดูไม่เคยเดือด" อาจดูเหมือนความจริงที่สุดเมื่อปรุงอาหาร แต่ภายใต้สถานการณ์ที่เหมาะสม หม้อต้มได้เร็วกว่าที่คาดไว้ ไม่ว่าจะเป็นการตั้งแคมป์หรือเคมี การทำนายจุดเดือดอาจเป็นเรื่องที่ท้าทาย
ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)
การหาจุดเดือดตามความดันสามารถทำได้โดยใช้สมการ การประมาณค่า โนโมกราฟ เครื่องคิดเลขออนไลน์ ตารางและกราฟ
ทำความเข้าใจจุดเดือด
การเดือดเกิดขึ้นเมื่อความดันไอของของเหลวเท่ากับความดันอากาศของบรรยากาศเหนือของเหลว ตัวอย่างเช่น ที่ระดับน้ำทะเล น้ำเดือดที่ 212°F (100°C) เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น ปริมาณบรรยากาศเหนือของเหลวจะลดลง ดังนั้นอุณหภูมิการเดือดของของเหลวจึงลดลง โดยทั่วไป ยิ่งความดันบรรยากาศต่ำ อุณหภูมิการเดือดของของเหลวก็จะยิ่งต่ำลง นอกจากความดันบรรยากาศแล้ว โครงสร้างโมเลกุลและการดึงดูดระหว่างโมเลกุลของของเหลวยังส่งผลกระทบต่อจุดเดือด ของเหลวที่มีพันธะระหว่างโมเลกุลอ่อนจะเดือดโดยทั่วไปที่อุณหภูมิต่ำกว่าของเหลวที่มีพันธะระหว่างโมเลกุลรุนแรง
การคำนวณจุดเดือด
การคำนวณจุดเดือดตามความดันสามารถทำได้โดยใช้สูตรต่างๆ สูตรเหล่านี้มีความซับซ้อนและความแม่นยำแตกต่างกันไป โดยทั่วไป หน่วยในการคำนวณเหล่านี้จะอยู่ในระบบเมตริกหรือ System International (SI) ส่งผลให้อุณหภูมิมีหน่วยเป็นองศาเซลเซียส (
oค). เพื่อแปลงเป็นฟาเรนไฮต์ (oF) ใช้การแปลง:T(^oF)=\frac{9}{5}T(^oC)+32
โดยที่ T หมายถึงอุณหภูมิ สำหรับความดันบรรยากาศ หน่วยความดันจะตัดกัน ดังนั้นหน่วยที่ใช้ ไม่ว่าจะเป็น mmHg บาร์ psi หรือหน่วยอื่น ๆ มีความสำคัญน้อยกว่าการแน่ใจว่าการวัดความดันทั้งหมดเหมือนกัน หน่วย
สูตรคำนวณจุดเดือดของน้ำ สูตรหนึ่งใช้จุดเดือดที่ทราบที่ระดับน้ำทะเล 100°C, the ความกดอากาศที่ระดับน้ำทะเลและความกดอากาศ ณ เวลาและระดับความสูงที่จุดเดือด boil สถานที่.
ที่ระดับความสูงที่สูงขึ้น จุดเดือดของน้ำที่ต่ำกว่าต้องปรุงอาหารเป็นเวลานานเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิภายในเพียงพอ เพื่อความปลอดภัย ให้ใช้เครื่องวัดอุณหภูมิเนื้อเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิ
สูตร:
BP_{corr}=BP_{obs}-(P_{obs}-760\ข้อความ{ mmHg})\times 0.045^o\text{C/mmHg}
สามารถใช้เพื่อค้นหาอุณหภูมิเดือดที่ไม่รู้จักสำหรับน้ำ
ในสูตรนี้ BPcorr หมายถึงจุดเดือดที่ระดับน้ำทะเล BPobs คืออุณหภูมิที่ไม่รู้จัก และ Pobs หมายถึงความดันบรรยากาศที่ตำแหน่งนั้น ค่า 760mmHg คือความดันบรรยากาศมาตรฐาน หน่วยเป็นมิลลิเมตรปรอทที่ระดับน้ำทะเล และ 0.045oC/mmHg คือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของน้ำโดยประมาณโดยที่ความดันปรอทแต่ละมิลลิเมตรเปลี่ยนแปลงไป
ถ้าความดันบรรยากาศเท่ากับ 600 mmHg และไม่ทราบจุดเดือดที่ความดันนั้น สมการจะกลายเป็น
100°\ข้อความ{C}=BP_{obs}-(600\ข้อความ{ mmHg}-760\ข้อความ{ mmHg})\ครั้ง 0.045°\ข้อความ{C/mmHg}
การคำนวณสมการจะให้:
100°\ข้อความ{C}=BP_{obs}-(-160\ข้อความ{ mmHg})\ครั้ง 0.045°\ข้อความ{C/mmHg} = BP_{obs}+7.2
หน่วยของ mmHg หักล้างกัน เหลือหน่วยเป็นองศาเซลเซียส แก้จุดเดือดที่ 600mmHg สมการจะกลายเป็น:
BP_{obs}=100°\ข้อความ{C}-7.2°\ข้อความ{C}=92.8°\ข้อความ{C}
ดังนั้นจุดเดือดของน้ำที่ 600mmHg ซึ่งสูงจากระดับน้ำทะเลประมาณ 6400 ฟุต จะอยู่ที่ 92.8°C หรือ:
92.8\ครั้ง\frac{9}{5}+32=199°\ข้อความ{F}
คำเตือน
สมการสำหรับการคำนวณจุดเดือด
สมการที่ให้รายละเอียดข้างต้นใช้ความสัมพันธ์ของความดันและอุณหภูมิที่ทราบกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่ทราบและการเปลี่ยนแปลงของความดัน วิธีอื่นๆ ในการคำนวณจุดเดือดของของเหลวตามความดันบรรยากาศ เช่น สมการคลอสเซียส–คลาเปรอง:
\ln{\frac{P_1}{P_2}}=-\frac{L}{R}\times (\frac{1}{T_1}-\frac{1}{T_2})
รวมปัจจัยเพิ่มเติม ตัวอย่างเช่น ในสมการคลอสเซียส-แคลเปรอง สมการได้รวมบันทึกธรรมชาติ (ln) ของจุดเริ่มต้น ความดันหารด้วยความดันสิ้นสุด ความร้อนแฝง (L) ของวัสดุ และค่าคงที่ก๊าซสากล (R) ความร้อนแฝงเกี่ยวข้องกับแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล ซึ่งเป็นคุณสมบัติของวัสดุที่มีผลต่ออัตราการกลายเป็นไอ วัสดุที่มีความร้อนแฝงสูงกว่าต้องการพลังงานในการต้มมากกว่าเนื่องจากโมเลกุลมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกันมากขึ้น
การประมาณค่าจุดเดือด
โดยทั่วไป การประมาณค่าของจุดเดือดที่ลดลงสำหรับน้ำสามารถทำได้ตามระดับความสูง สำหรับระดับความสูงที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 500 ฟุต จุดเดือดของน้ำจะลดลงประมาณ 0.9°F
การหาจุดเดือดโดยใช้โนโมกราฟ
โนโมกราฟยังสามารถใช้เพื่อประเมินจุดเดือดของของเหลวได้อีกด้วย Nomographs ใช้เครื่องชั่งสามเครื่องในการทำนายจุดเดือด โนโมกราฟแสดงมาตราส่วนอุณหภูมิจุดเดือด อุณหภูมิจุดเดือดที่ระดับความดันระดับน้ำทะเล และระดับความดันทั่วไป
ในการใช้ nomograph ให้เชื่อมต่อค่าที่รู้จักสองค่าโดยใช้ไม้บรรทัดและอ่านค่าที่ไม่รู้จักในระดับที่สาม เริ่มต้นด้วยค่าที่ทราบค่าใดค่าหนึ่ง ตัวอย่างเช่น หากทราบจุดเดือดที่ระดับน้ำทะเลและทราบความกดอากาศ ให้เชื่อมต่อจุดเดือดที่ระดับน้ำทะเลด้วยไม้บรรทัด การขยายเส้นออกจากส่วนที่ทราบที่เชื่อมต่อกันทั้งสองจะแสดงว่าอุณหภูมิจุดเดือดที่ระดับความสูงนั้นควรเป็นเท่าใด ในทางกลับกัน หากทราบอุณหภูมิจุดเดือดและทราบจุดเดือดที่ระดับน้ำทะเล ให้ใช้ไม้บรรทัดเชื่อมจุดสองจุด ขยายเส้นเพื่อหาความดันบรรยากาศ
การใช้เครื่องคิดเลขออนไลน์
เครื่องคิดเลขออนไลน์หลายเครื่องให้อุณหภูมิจุดเดือดที่ระดับความสูงต่างๆ เครื่องคำนวณเหล่านี้จำนวนมากแสดงเฉพาะความสัมพันธ์ระหว่างความดันบรรยากาศกับจุดเดือดของน้ำ แต่เครื่องอื่นๆ แสดงสารประกอบทั่วไปเพิ่มเติม
การใช้กราฟและตาราง
กราฟและตารางจุดเดือดของของเหลวหลายชนิดได้รับการพัฒนา ในกรณีของตาราง จุดเดือดของของเหลวจะแสดงสำหรับความกดอากาศที่แตกต่างกัน ในบางกรณี ตารางจะแสดงเฉพาะของเหลวและจุดเดือดที่ความดันต่างๆ ในกรณีอื่นๆ อาจมีการแสดงของเหลวหลายชนิดที่ความดันต่างกัน
กราฟแสดงเส้นโค้งจุดเดือดตามอุณหภูมิและความดันบรรยากาศ กราฟ เช่นเดียวกับโนโมกราฟ ใช้ค่าที่ทราบเพื่อสร้างเส้นโค้ง หรือเช่นเดียวกับสมการคลอสเซียส-แคลเปรอง ใช้ล็อกธรรมชาติของแรงดันเพื่อสร้างเส้นตรง เส้นกราฟแสดงความสัมพันธ์ของจุดเดือดที่ทราบ โดยกำหนดชุดของค่าความดันและอุณหภูมิ เมื่อทราบค่าหนึ่งแล้ว ให้ทำตามเส้นค่าไปยังเส้นความดัน-อุณหภูมิที่แสดงเป็นกราฟ จากนั้นจึงหมุนไปยังอีกแกนหนึ่งเพื่อกำหนดค่าที่ไม่รู้จัก
