Как да определим точките на кипене с налягане

Съдържание

• TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
• Разбиране на Точката на кипене
• Изчисляване на точка на кипене
• Предупреждения
• Уравнения за изчисляване на точка на кипене
• Оценка на точка на кипене
• Определяне на точка на кипене с помощта на номографи
• Използване на онлайн калкулатори
• Използване на графики и таблици

„Наблюдавана тенджера никога не кипи“ може да изглежда като върховен истина при готвене, но при правилните обстоятелства тенджерата кипи дори по-бързо от очакваното. Независимо дали къмпингът или химията, прогнозирането на точката на кипене може да бъде предизвикателство.

TL; DR (Твърде дълго; Не четях)

Определянето на точката на кипене въз основа на налягането може да се осъществи с помощта на уравнения, оценка, номографи, онлайн калкулатори, таблици и графики.

Разбиране на Точката на кипене

Кипенето възниква, когато налягането на парата на течност се равнява на налягането на въздуха на атмосферата над течността. Например, на морско равнище водата кипи при 100 ° C при 212 ° F. С увеличаването на котата количеството атмосфера над течността намалява, така че температурата на кипене на течността намалява. Като цяло, колкото по-ниско е атмосферното налягане, толкова по-ниска е температурата на кипене на всяка течност. Освен атмосферното налягане, молекулната структура и привличането между молекулите на течността влияят върху точката на кипене. Течностите със слаби междумолекулни връзки кипят, като цяло, при по-ниски температури, отколкото течностите със силни междумолекулни връзки.

Изчисляване на точка на кипене

Изчисляването на точката на кипене въз основа на налягането може да се извърши с помощта на няколко различни формули. Тези формули се различават по сложност и точност. Като цяло, единиците в тези изчисления ще бъдат в метричната система или System International (SI), което води до температури в градуси по Целзий (^о° С). За да преобразувате във Фаренхайт (^оF), използвайте преобразуването T (° F) = T (° C) × 9 ÷ 5 + 32, където T означава температура. Що се отнася до атмосферното налягане, единиците за налягане се отменят, така че кои единици се използват, независимо дали mmHg, барове, psi или друга единица, е по-малко важно, отколкото да сте сигурни, че всички измервания на налягането са еднакви единици.

Една формула за изчисляване на точката на кипене на водата използва познатата точка на кипене на морско ниво, 100 ° C, атмосферното налягане на морско ниво и атмосферното налягане по времето и котата, където се извършва кипенето.

Формулата BPcorr = BPobs - (Pobs - 760mmHg) x 0.045 ^оC / mmHg може да се използва за намиране на неизвестна температура на кипене на водата.

В тази формула BPcorr означава точка на кипене на морското равнище, BPobs е неизвестната температура, а Pobs означава атмосферното налягане на мястото. Стойността 760mmHg е стандартно атмосферно налягане в милиметри живак на морско равнище и 0,045^оC / mmHg е приблизителната промяна на температурата на водата с всяка милиметрова промяна на живак в налягането.

Ако атмосферното налягане е равно на 600 mmHg и точката на кипене е неизвестна при това налягане, тогава уравнението става 100 ° C = BPobs- (600mmHg-760mmHg) x0.045 ° C / mmHg.

Изчисляването на уравнението дава 100 ° C = BPobs - (- 160mmHg) x0.045 ° C / mmHg. Опростено, 100 ° C = BPobs + 7.2. Единиците на mmHg се отменят взаимно, оставяйки единиците като градуси по Целзий. Решено за точката на кипене при 600 mmHg, уравнението става: BPobs = 100 ° C-7.2 ° C = 92.8 ° C. Така точката на кипене на водата при 600 mmHg, надморска височина от приблизително 6400 фута, ще бъде 92,8 ° C или 92,8x9 ÷ 5 + 32 = 199 ° F.

Предупреждения

Уравнения за изчисляване на точка на кипене

Уравнението, описано по-горе, използва известна връзка налягане и температура с известна промяна на температурата с промяна на налягането. Други методи за изчисляване на точките на кипене на течности въз основа на атмосферното налягане, като уравнението Клаус - Клапейрон, включват допълнителни фактори. В уравнението Клаузиус-Клапейрон например уравнението включва естествения log (ln) на началното налягане, разделен на крайното налягане, латентната топлина (L) на материала и универсалната газова константа (R). Латентната топлина се отнася до привличането между молекулите, свойство на материала, което влияе върху скоростта на изпаряване. Материалите с по-висока латентна топлина изискват повече енергия за кипене, тъй като молекулите имат по-силно привличане една към друга.

Оценка на точка на кипене

Като цяло може да се направи приблизително приближаване на спада на точката на кипене на водата въз основа на надморската височина. За всеки 500 фута увеличение на надморската височина, точката на кипене на водата пада около 0,9 ° F.

Определяне на точка на кипене с помощта на номографи

Може да се използва и номограф за оценка на точките на кипене на течностите. Номографите използват три скали за прогнозиране на точката на кипене. Номографът показва скалата на температурата на точката на кипене, температурата на точката на кипене на скалата на налягането на морското равнище и общата скала за налягане.

За да използвате номографа, свържете две известни стойности с помощта на линийка и прочетете неизвестната стойност на третата скала. Започнете с една от известните стойности. Например, ако температурата на кипене на морското равнище е известна и барометричното налягане е известно, свържете тези две точки с линийка. Разширяването на линията от двете свързани знания показва каква трябва да бъде температурата на точката на кипене на тази кота. Обратно, ако температурата на точката на кипене е известна и температурата на кипене на морското равнище е известна, използвайте линийка, за да свържете двете точки, разширявайки линията, за да намерите барометричното налягане.

Използване на онлайн калкулатори

Няколко он-лайн калкулатора осигуряват температури на температура на кипене при различни височини. Много от тези калкулатори показват само връзката между атмосферното налягане и точката на кипене на водата, но други показват допълнителни общи съединения.

Използване на графики и таблици

Разработени са графики и таблици на точки на кипене на много течности. В случая на таблиците, температурата на кипене на течностите е показана за различни атмосферни налягания. В някои случаи таблицата показва само една течност и точката на кипене при различни налягания. В други случаи може да се покажат няколко течности при различно налягане.

Графиките показват криви на точка на кипене въз основа на температура и барометрично налягане. Графиките, подобно на номографа, използват известни стойности, за да създадат крива или, както при уравнението Клаузиус-Клапейрон, използват естествения лог на налягането, за да развият права линия. Графираната линия показва известните връзки на температурата на кипене, като се имат предвид стойности на налягане и температура. Знаейки една стойност, следвайте линията на стойност до графика налягане-температура налягане, след това се обърнете към другата ос, за да определите неизвестната стойност.