"Спостережуваний горщик ніколи не кипить" може здатися справжньою істиною при приготуванні їжі, але за належних обставин казан кипить навіть швидше, ніж очікувалося. Будь то кемпінг чи хімія, прогнозування температури кипіння може бути складним завданням.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Визначення температури кипіння на основі тиску може бути здійснено за допомогою рівнянь, оцінки, номографів, он-лайн калькуляторів, таблиць та графіків.
Розуміння точки кипіння
Кипіння відбувається, коли тиск пари рідини дорівнює тиску повітря атмосфери над рідиною. Наприклад, на рівні моря вода кипить при температурі 100 ° C. Зі збільшенням підняття кількість атмосфери над рідиною зменшується, тому температура кипіння рідини зменшується. Взагалі, чим нижче атмосферний тиск, тим нижче температура кипіння будь-якої рідини. Крім атмосферного тиску, на температуру кипіння впливає молекулярна структура та притягання між молекулами рідини. Рідини зі слабкими міжмолекулярними зв’язками киплять, як правило, при нижчих температурах, ніж рідини з міцними міжмолекулярними зв’язками.
Розрахунок точки кипіння
Розрахунок температури кипіння на основі тиску можна зробити за допомогою декількох різних формул. Ці формули різняться за складністю та точністю. Загалом одиниці вимірювання в цих розрахунках будуть в метричній системі або системі International System (SI), що призведе до температури в градусах Цельсія (oВ). Для перетворення в Фаренгейт (oF), використовуйте перетворення:
T (^ oF) = \ frac {9} {5} T (^ oC) +32
де Т означає температуру. Що стосується атмосферного тиску, одиниці тиску відміняються, тому які одиниці використовуються, будь то мм рт.ст., бари, psi або іншої одиниці, є менш важливим, ніж впевненість, що всі вимірювання тиску однакові од.
Одна формула для розрахунку температури кипіння води використовує відому температуру кипіння на рівні моря 100 ° С атмосферний тиск на рівні моря та атмосферний тиск у той час і на висоті, де відбувається кипіння місце.
На більших висотах нижча температура кипіння води вимагає тривалого варіння їжі для забезпечення належних внутрішніх температур. У цілях безпеки використовуйте термометр для м’яса для перевірки температури.
Формула:
BP_ {corr} = BP_ {obs} - (P_ {obs} -760 \ text {mmHg}) \ разів 0,045 ^ o \ text {C / mmHg}
можна використовувати для пошуку невідомої температури кипіння води.
У цій формулі BPcorr означає температуру кипіння на рівні моря, BPobs - невідома температура, а Pobs означає атмосферний тиск у цьому місці. Значення 760 мм рт. Ст. Є стандартним атмосферним тиском в міліметрах ртутного стовпу на рівні моря і 0,045oС / мм рт.ст. - приблизна зміна температури води при кожній міліметровій ртутній зміні тиску.
Якщо атмосферний тиск дорівнює 600 мм рт.ст., а температура кипіння при цьому тиску невідома, тоді рівняння стає
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (600 \ text {mmHg} -760 \ text {mmHg}) \ разів 0,045 ° \ text {C / mmHg}
Обчислення рівняння дає:
100 ° \ text {C} = BP_ {obs} - (- 160 \ text {mmHg}) \ разів 0,045 ° \ text {C / mmHg} = BP_ {obs} +7,2
Одиниці мм рт. Ст. Відміняють одна одну, залишаючи одиниці вимірювання у градусах Цельсія. Вирішено для температури кипіння при 600 мм рт.ст., рівняння стає:
BP_ {obs} = 100 ° \ text {C} -7,2 ° \ text {C} = 92,8 ° \ text {C}
Тож температура кипіння води при 600 мм рт.ст., висоті приблизно 6400 футів над рівнем моря, становитиме 92,8 ° C, або:
92,8 \ раз \ frac {9} {5} + 32 = 199 ° \ текст {F}
Попередження
Рівняння для обчислення точки кипіння
Детально описане рівняння використовує відомий зв’язок тиску і температури з відомою зміною температури зі зміною тиску. Інші методи розрахунку температур кипіння рідин на основі атмосферного тиску, як рівняння Клаузіуса – Клапейрона:
\ ln {\ frac {P_1} {P_2}} = - \ frac {L} {R} \ раз (\ frac {1} {T_1} - \ frac {1} {T_2})
включати додаткові фактори. Наприклад, у рівнянні Клаузіуса-Клапейрона рівняння включає природний логарифм (ln) початкового тиск, розділений на кінцевий тиск, приховану теплоту (L) матеріалу та загальну газову константу (R). Приховане тепло пов’язане з притяганням між молекулами, властивістю матеріалу, що впливає на швидкість випаровування. Матеріали з більш високим прихованим нагріванням вимагають більше енергії для кипіння, оскільки молекули мають сильніший притягнення один до одного.
Оцінка точки кипіння
Загалом, апроксимацію падіння температури кипіння для води можна зробити на основі висоти. На кожні 500 футів збільшення висоти температура кипіння води падає приблизно на 0,9 ° F.
Визначення точки кипіння за допомогою номографів
Номограф також може бути використаний для оцінки температур кипіння рідин. Номографи використовують три шкали для прогнозування температури кипіння. Номограф показує шкалу температури кипіння, температуру кипіння на шкалі тиску на рівні моря та загальну шкалу тиску.
Щоб скористатися номографом, з’єднайте за допомогою лінійки два відомі значення та зчитуйте невідоме значення на третій шкалі. Почніть з одного з відомих значень. Наприклад, якщо відома температура кипіння на рівні моря і відомий барометричний тиск, з’єднайте ці дві точки лінійкою. Продовження лінії від двох сполучених знайомих показує, якою повинна бути температура кипіння на цьому підвищенні. І навпаки, якщо відома температура точки кипіння і відома температура кипіння на рівні моря, використовуйте лінійку, щоб з’єднати дві крапки, продовжуючи лінію для знаходження барометричного тиску.
Використання он-лайн калькуляторів
Кілька он-лайн калькуляторів забезпечують температуру кипіння при різних висотах. Багато з цих калькуляторів показують лише взаємозв'язок між атмосферним тиском і температурою кипіння води, але інші показують додаткові загальні сполуки.
Використання графіків та таблиць
Розроблено графіки та таблиці температур кипіння багатьох рідин. У таблицях температура кипіння рідини відображається для різних атмосферних тисків. У деяких випадках таблиця показує лише одну рідину та температуру кипіння при різних тисках. В інших випадках може бути показано кілька рідин під різним тиском.
Графіки показують криві температури кипіння на основі температури та барометричного тиску. Графіки, як і номограф, використовують відомі значення для створення кривої або, як у рівнянні Клаузіуса-Клапейрона, використовують натуральний журнал тиску для розвитку прямої лінії. Графічна лінія показує відомі співвідношення температури кипіння з урахуванням набору значень тиску та температури. Знаючи одне значення, дотримуйтесь лінії значення до графічної лінії тиску і температури, а потім поверніться до іншої осі, щоб визначити невідоме значення.