Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Kiehumispisteen ymmärtäminen
- Kiehumispisteen laskeminen
- varoitukset
- Yhtälöt kiehumispisteen laskemiseksi
- Arviointi kiehumispiste
- Kiehumispisteen määrittäminen nimografien avulla
- Online-laskurien käyttäminen
- Kaavioiden ja taulukoiden käyttäminen
"Katsottu potti ei koskaan kiehu" voi tuntua lopulliselta truisilta kypsennettäessä, mutta oikeissa olosuhteissa potti kiehuu jopa odotettua nopeammin. Kiehumispisteen ennustaminen voi olla haastavaa, olipa se sitten leirintä tai kemia.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Kiehumispisteen määritys paineen perusteella voidaan suorittaa yhtälöiden, arvioiden, nomografien, online-laskurien, taulukoiden ja kuvaajien avulla.
Kiehumispisteen ymmärtäminen
Kiehuminen tapahtuu, kun nesteen höyrynpaine on yhtä suuri kuin ilmakehän ilmanpaine nesteen yläpuolella. Esimerkiksi merenpinnalla vesi kiehuu 100 ° C: n lämpötilassa. Kun korkeus kasvaa, nesteen yläpuolella olevan ilmakehän määrä pienenee, joten nesteen kiehumislämpötila laskee. Yleensä, mitä matalampi on ilmanpaine, sitä matalampi on minkään nesteen kiehumislämpötila. Ilmakehän paineen lisäksi nesteen molekyylien rakenne ja vetovoima nesteen molekyylien välillä vaikuttavat kiehumispisteeseen. Nesteet, joilla on heikkoja molekyylien välisiä sidoksia, kiehuvat yleensä alhaisemmissa lämpötiloissa kuin nesteet, joilla on vahvat molekyylien väliset sidokset.
Kiehumispisteen laskeminen
Kiehumispiste voidaan laskea paineen perusteella käyttämällä useita eri kaavoja. Nämä kaavat ovat monimutkaisia ja tarkkoja. Yleensä yksiköt näissä laskelmissa ovat metrisessä tai System International (SI) -järjestelmässä, mikä johtaa lämpötiloihin celsiusasteina (OC). Muuntaminen Fahrenheit (OF), käytä muunnosta T (° F) = T (° C) × 9 ÷ 5 + 32, missä T tarkoittaa lämpötilaa. Ilmakehän paineen suhteen paineyksiköt purkautuvat pois, joten käytettävät yksiköt, ovatko mmHg, baareja, psi tai muuta yksikköä, ovat vähemmän tärkeitä kuin sen varmistaminen, että kaikki paineen mittaukset ovat samoja yksiköitä.
Yhdessä veden kiehumispisteen laskentakaavassa käytetään tunnettua kiehumispistettä merenpinnan tasolla, 100 ° C, ilmakehän paine merenpinnan tasolla ja ilmakehän paine ajankohtana ja korkeudessa, jossa kiehuu.
Kaava BPcorr = BPobs - (Pobs - 760 mmHg) x 0,045 OC / mmHg voidaan löytää tuntematon veden kiehumislämpötila.
Tässä kaavassa BPcorr tarkoittaa kiehumispistettä merenpinnan tasolla, BPobs on tuntematon lämpötila ja Pobs tarkoittaa ilmanpainetta paikassa. Arvo 760 mmHg on normaali ilmakehän paine elohopea millimetrinä merenpinnan tasolla ja 0,045OC / mmHg on likimääräinen veden lämpötilan muutos jokaisessa millimetrin elohopeapaineen muutoksessa.
Jos ilmakehän paine on 600 mmHg ja kiehumispistettä ei tunneta tässä paineessa, niin yhtälöksi tulee 100 ° C = BPobs- (600 mmHg-760 mmHg) x0,045 ° C / mmHg.
Yhtälön laskeminen antaa 100 ° C = BPobs - (- 160 mmHg) x0,045 ° C / mmHg. Yksinkertaistettu, 100 ° C = BPobs + 7,2. MmHg-yksiköt kumoavat toisensa, jättäen yksiköt celsiusasteiksi. Kiehumispisteelle ratkaistu 600 mmHg, yhtälöksi tulee: BPobs = 100 ° C - 7,2 ° C = 92,8 ° C. Joten veden kiehumispiste 600 mmHg: n korkeudessa, noin 6400 jalkaa merenpinnan yläpuolella, on 92,8 ° C tai 92,8x9 ÷ 5 + 32 = 199 ° F.
varoitukset
Yhtälöt kiehumispisteen laskemiseksi
Yllä kuvattu yhtälö käyttää tunnettua paineen ja lämpötilan suhdetta tunnettuun lämpötilan muutokseen paineen muutoksen kanssa. Muut menetelmät nesteiden kiehumispisteiden laskemiseksi ilmakehän paineen perusteella, kuten Clausius – Clapeyron-yhtälö, sisältävät lisäkertoimia. Esimerkiksi Clausius-Clapeyron-yhtälössä yhtälö sisältää lähtöpaineen luonnollisen login (ln) jaettuna päästöpaineella, materiaalin piilevällä lämmöllä (L) ja yleisen kaasuvakion (R) kanssa. Piilevä lämpö liittyy molekyylien väliseen vetovoimaan, materiaalin ominaisuuteen, joka vaikuttaa höyrystymisnopeuteen. Materiaalit, joissa piilevä lämpö on korkeampi, vaativat enemmän energiaa kiehumiseen, koska molekyylit vetävät toisiaan voimakkaammin.
Arviointi kiehumispiste
Yleensä veden kiehumispisteen pudotus voidaan arvioida korkeuden perusteella. Jokaista korkeudenkorkeuden 500 jalkaa kohden veden kiehumispiste putoaa noin 0,9 ° F.
Kiehumispisteen määrittäminen nimografien avulla
Nomografia voidaan käyttää myös nesteiden kiehumispisteiden arvioimiseen. Nimikkeet käyttävät kolme asteikkoa kiehumispisteen ennustamiseen. Nimografi näyttää kiehumispisteen lämpötila-asteikon, kiehumispisteen lämpötilan merenpinnan paineasteikolla ja yleisen paineasteikon.
Jos haluat käyttää nimografia, yhdistä kaksi tunnettua arvoa viivaimen avulla ja lue tuntematon arvo kolmannella asteikolla. Aloita yhdellä tunnetuista arvoista. Esimerkiksi, jos kiehumispiste merenpinnan tasolla tunnetaan ja ilmanpaine tunnetaan, yhdistä nämä kaksi pistettä viivaimella. Kahden kytketyn tunnetun linjan jatkaminen osoittaa, minkä kiehumispistelämpötilan korkeudessa tulisi olla. Kääntäen, jos kiehumispisteen lämpötila tunnetaan ja kiehumispiste merenpinnan tasolla tunnetaan, käytä viivainta yhdistämällä kaksi pistettä, jatkamalla viivaa ilmakehän paineen löytämiseksi.
Online-laskurien käyttäminen
Useat online-laskimet tarjoavat kiehumispistelämpötilat erilaisilla korkeuksilla. Monet näistä laskureista osoittavat vain ilmanpaineen ja veden kiehumispisteen välisen suhteen, mutta toiset osoittavat muita yleisiä yhdisteitä.
Kaavioiden ja taulukoiden käyttäminen
Monien nesteiden kiehumispisteiden kuvaajat ja taulukot on kehitetty. Taulukoissa nesteiden kiehumispiste on esitetty erilaisille ilmakehän paineille. Joissain tapauksissa taulukossa on vain yksi neste ja kiehumispiste eri paineissa. Muissa tapauksissa voidaan näyttää useita nesteitä eri paineissa.
Kaaviot esittävät kiehumispisteen käyrät lämpötilan ja ilmanpaineen perusteella. Kaaviot, kuten nomografi, käyttävät tunnettuja arvoja luotaessa käyrää tai, kuten Clausius-Clapeyron-yhtälössä, käyttävät paineen luonnollista lokia suoran muodostamiseksi. Kuvioviiva näyttää tunnetut kiehumispistesuhteet, kun otetaan huomioon joukko paine- ja lämpötila-arvoja. Kun tiedät yhden arvon, seuraa arvoviivaa kuvaajan paine-lämpötilaviivaan ja käännä sitten toiselle akselille tuntemattoman arvon määrittämiseksi.