"İzlenen bir tencere asla kaynamaz", yemek pişirirken son derece gerçekçi görünebilir, ancak doğru koşullar altında, tencere beklenenden daha hızlı kaynar. İster kamp ister kimya olsun, kaynama noktasını tahmin etmek zor olabilir.
TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)
Basınca dayalı kaynama noktasının belirlenmesi denklemler, tahminler, nomograflar, çevrimiçi hesap makineleri, tablolar ve grafikler kullanılarak gerçekleştirilebilir.
Kaynama Noktasını Anlamak
Bir sıvının buhar basıncı, sıvının üzerindeki atmosferin hava basıncına eşit olduğunda kaynama meydana gelir. Örneğin, deniz seviyesinde su 212°F'de (100°C) kaynar. Yükselti arttıkça sıvının üzerindeki atmosfer miktarı azalır, dolayısıyla sıvının kaynama sıcaklığı düşer. Genel olarak, atmosferik basınç ne kadar düşükse, herhangi bir sıvının kaynama sıcaklığı o kadar düşük olur. Atmosfer basıncının yanı sıra, sıvının molekülleri arasındaki moleküler yapı ve çekim kaynama noktasını etkiler. Moleküller arası bağları zayıf olan sıvılar, genel olarak, güçlü moleküller arası bağlara sahip sıvılardan daha düşük sıcaklıklarda kaynar.
Kaynama Noktasının Hesaplanması
Basınca dayalı kaynama noktasının hesaplanması birkaç farklı formül kullanılarak yapılabilir. Bu formüller karmaşıklık ve doğruluk bakımından farklılık gösterir. Genel olarak, bu hesaplamalardaki birimler metrik veya System International (SI) sisteminde olacaktır ve bu da santigrat derece cinsinden sıcaklıklarla sonuçlanacaktır (ÖC). Fahrenheit'e dönüştürmek için (ÖF), dönüştürmeyi kullanın:
T(^oF)=\frac{9}{5}T(^oC)+32
burada T sıcaklık anlamına gelir. Atmosfer basıncına gelince, basınç birimleri birbirini götürür, böylece mmHg, bar, psi veya başka bir birim, tüm basınç ölçümlerinin aynı olduğundan emin olmaktan daha az önemlidir. birimler.
Suyun kaynama noktasını hesaplamak için bir formül, deniz seviyesinde bilinen 100°C kaynama noktasını kullanır. deniz seviyesindeki atmosferik basınç ve kaynamanın meydana geldiği zaman ve yükseklikteki atmosfer basıncı yer.
Daha yüksek rakımlarda, suyun düşük kaynama noktası, yeterli iç sıcaklıkları sağlamak için yiyecekleri daha uzun süre pişirmeyi gerektirir. Güvenlik için, sıcaklıkları kontrol etmek için bir et termometresi kullanın.
Formül:
BP_{düzeltme}=BP_{obs}-(P_{obs}-760\text{ mmHg})\times 0,045^o\text{C/mmHg}
su için bilinmeyen bir kaynama sıcaklığını bulmak için kullanılabilir.
Bu formülde BPcorr, deniz seviyesinde kaynama noktası, BPobs bilinmeyen sıcaklık ve Pobs, konumdaki atmosferik basınç anlamına gelir. 760 mmHg değeri, deniz seviyesinde milimetre cıva cinsinden standart atmosfer basıncı ve 0.045'tir.ÖC/mmHg, basınçtaki her milimetre cıva değişikliği ile su sıcaklığındaki yaklaşık değişikliktir.
Atmosferik basınç 600 mmHg'ye eşitse ve bu basınçta kaynama noktası bilinmiyorsa, denklem şöyle olur:
100°\text{C}=BP_{obs}-(600\text{ mmHg}-760\text{ mmHg})\times 0,045°\text{C/mmHg}
Denklemin hesaplanması şunları verir:
100°\text{C}=BP_{obs}-(-160\text{ mmHg})\times 0,045°\text{C/mmHg} = BP_{obs}+7,2
mmHg birimleri birbirini yok eder ve birimleri santigrat derece olarak bırakır. 600 mmHg'deki kaynama noktası için çözüldüğünde denklem şöyle olur:
BP_{obs}=100°\text{C}-7,2°\text{C}=92,8°\text{C}
Bu nedenle, deniz seviyesinden yaklaşık 6400 fit yükseklikteki 600 mmHg'de suyun kaynama noktası 92,8°C olacaktır veya:
92.8\times\frac{9}{5}+32=199°\text{F}
Uyarılar
Kaynama Noktası Hesaplama Denklemleri
Yukarıda ayrıntıları verilen denklem, basınçtaki değişiklikle sıcaklıktaki bilinen bir değişiklikle bilinen bir basınç ve sıcaklık ilişkisini kullanır. Clausius-Clapeyron denklemi gibi atmosferik basınca dayalı sıvıların kaynama noktalarını hesaplamak için diğer yöntemler:
\ln{\frac{P_1}{P_2}}=-\frac{L}{R}\times (\frac{1}{T_1}-\frac{1}{T_2})
ek faktörleri dahil edin. Clausius-Clapeyron denkleminde, örneğin, denklem, başlangıç noktasının doğal logaritmasını (ln) içerir. basınç, bitiş basıncı, malzemenin gizli ısısı (L) ve evrensel gaz sabiti (R) ile bölünür. Gizli ısı, buharlaşma oranını etkileyen malzemenin bir özelliği olan moleküller arasındaki çekim ile ilgilidir. Daha yüksek gizli ısıya sahip malzemeler kaynamak için daha fazla enerji gerektirir çünkü moleküller birbirlerine daha güçlü bir çekime sahiptir.
Kaynama Noktası Tahmini
Genel olarak, su için kaynama noktasındaki düşüşün yaklaşık bir tahmini, rakıma dayalı olarak yapılabilir. Rakımdaki her 500 fitlik artış için, suyun kaynama noktası yaklaşık 0,9°F düşer.
Nomografları Kullanarak Kaynama Noktasını Belirleme
Sıvıların kaynama noktalarını tahmin etmek için bir nomograf da kullanılabilir. Nomograflar, kaynama noktasını tahmin etmek için üç ölçek kullanır. Bir nomograf, kaynama noktası sıcaklık ölçeğini, deniz seviyesindeki basınç ölçeğinde bir kaynama noktası sıcaklığını ve genel bir basınç ölçeğini gösterir.
Nomografı kullanmak için, bir cetvel kullanarak bilinen iki değeri birbirine bağlayın ve üçüncü ölçekte bilinmeyen değeri okuyun. Bilinen değerlerden biriyle başlayın. Örneğin, deniz seviyesindeki kaynama noktası ve barometrik basınç biliniyorsa, bu iki noktayı bir cetvelle birleştirin. Doğruyu birbirine bağlı iki bilinenden uzatmak, o yükseklikte kaynama noktası sıcaklığının ne olması gerektiğini gösterir. Tersine, kaynama noktası sıcaklığı biliniyorsa ve deniz seviyesindeki kaynama noktası biliniyorsa, barometrik basıncı bulmak için çizgiyi uzatarak iki noktayı birleştirmek için bir cetvel kullanın.
Çevrimiçi Hesap Makinelerini Kullanma
Birkaç çevrimiçi hesaplayıcı, farklı yüksekliklerde kaynama noktası sıcaklıkları sağlar. Bu hesaplayıcıların çoğu yalnızca atmosfer basıncı ile suyun kaynama noktası arasındaki ilişkiyi gösterir, ancak diğerleri ek ortak bileşikler gösterir.
Grafikleri ve Tabloları Kullanma
Birçok sıvının kaynama noktası grafikleri ve tabloları geliştirilmiştir. Tablolarda, farklı atmosfer basınçları için sıvının kaynama noktası gösterilmektedir. Bazı durumlarda, tablo yalnızca bir sıvıyı ve çeşitli basınçlardaki kaynama noktasını gösterir. Diğer durumlarda, farklı basınçlarda birkaç sıvı gösterilebilir.
Grafikler, sıcaklığa ve barometrik basınca dayalı kaynama noktası eğrilerini gösterir. Grafikler, nomograf gibi, bir eğri oluşturmak için bilinen değerleri kullanır veya Clausius-Clapeyron denkleminde olduğu gibi, düz bir çizgi oluşturmak için basıncın doğal günlüğünü kullanır. Grafikli çizgi, bir dizi basınç ve sıcaklık değeri verilen bilinen kaynama noktası ilişkilerini gösterir. Bir değeri bilerek, grafikteki basınç-sıcaklık çizgisine giden değer çizgisini takip edin, ardından bilinmeyen değeri belirlemek için diğer eksene dönün.