وسؤال آخر في نفس الموضوع - لماذا عندما تغلي الماء يكون هناك بخار قليل فوق القدر، ولكن بمجرد إطفاء النار، يكون هناك بخار أكثر بكثير؟
الجواب على السؤال الأول:: معظم المواد التي نستخدمها يومياً (الغازات الموجودة في الجو، الماء ونزلات البرد في المكيفات) تتصرف بهذه الطريقة. يتم إعطاء المخططات الأساسية للديناميكا الحرارية كمنحنيات على شكل جرس. في حالة الرسم البياني للضغط كدالة للمحتوى الحراري (الطاقة الداخلية)، ورسم بياني HP، يمكن أن نرى بوضوح أنه مقابل كل زيادة في الضغط تكون الطاقة بين الغاز والسائل صغيرة، أي أن هناك حاجة إلى حرارة أقل الاستثمار في تبخير المواد. ويمكن توقع أن غليان الماء في مكان ذي ضغط أعلى (ودرجة حرارة أعلى) سيتطلب المزيد من الطاقة لأن المادة تتطلب الغليان عند درجة حرارة أعلى. بالإضافة إلى ذلك، فإن المادة المحفزة حرارياً ستجعل التسخين الإضافي أكثر صعوبة (يعتمد نقل الحرارة بشكل مباشر على اختلاف درجة الحرارة بين المتبرع والمتلقي). يمكنك التفكير في هذا من حيث شحن مكثف. عندما يكون فرق الجهد بين مصدر الشحن والمكثف مرتفعًا (في البداية) يكون الشحن سريعًا، ويتناقص بمرور الوقت، مع تقليل فرق الجهد. وإذا رجعنا إلى مثال الغليان، فعندما تكون جزيئات الماء في درجة حرارة أعلى، يكون هناك هدر أكبر للطاقة أثناء التسخين بسبب رفض الجزيئات استقبال المزيد من الحرارة (ينخفض معدل انتقال الحرارة وبالتالي مطلوب استثمار الحرارة على مدى فترة أطول من الزمن). بالنسبة للمياه، تحدث عمليتان متعارضتان. الأول هو إجراء الضغط. يزيد الضغط من الضغط ويحاول تقريب جزيئات الماء من بعضها البعض، مما يجعل الغليان أكثر صعوبة. من أجل غلي المادة، كان علينا استثمار عمل إضافي في تحريك الجزيئات بعيدًا (عمل يساوي الضغط المطبق مضروبًا في الحجم الذي يتم تطبيق العمل عليه). لكن الماء المشبع غير قابل للضغط. وعلى العكس من ذلك، فإن الضغط يرفع درجة حرارة الماء، مما يسهل عليه التبخر. وهكذا مع زيادة الضغط، تقل كمية الطاقة المطلوبة (بعد الضغط). بالطبع، تكمن الحيلة في حقيقة أننا استثمرنا بالفعل قدرًا كبيرًا من الطاقة في جلب المادة إلى ضغط مرتفع
لماذا عندما تغلي الماء يكون هناك القليل من البخار فوق القدر، ولكن بمجرد أن تطفئ النار يكون هناك بخار أكثر بكثير؟
الجواب: أثناء تشغيل الغاز، تدخل الحرارة من خلال الوعاء إلى الماء وتتبخره. تترك الجزيئات الأكثر نشاطًا في الطبقة العليا السائل وتتحول إلى غاز. لماذا يتبخر الماء طوال العملية رغم أنه لم يصل إلى 100 درجة؟ يشعر الماء السائل بضغط جوي واحد يدفعه من الأسفل. ويبلغ الضغط فوقها أيضًا واحدًا من أجهزة الصراف الآلي، لكن الضغط الجزئي للماء في الهواء أقل من واحد من أجهزة الصراف الآلي، لذلك يتبخر. تترك الحرارة الماء وترتفع إلى الأعلى كالهواء الساخن. تدخل هذه الحرارة جزئيًا إلى بخار الماء المتبخر وتؤدي إلى تآكله. التلدين يعني رفع درجة حرارة الماء (أو أي مادة أخرى) بعد انتقاله إلى الطور الغازي. نظرًا لوجودهم في الهواء الطلق، لا يمكنهم زيادة الضغط. حتى التبخر الكامل، لن يتجاوز الماء عند الضغط الجوي XNUMX درجة مئوية، ولكن كغاز يمكن أن يصل إلى درجة حرارة أعلى بكثير، ويحافظ على الضغط الجوي. وعندما يحدث ذلك (نتيجة للحرارة التي يمتصها الماء) تسخن وتبتعد جزيئات الغاز عن بعضها البعض، ويبدو أن هناك القليل من البخار. ومع ذلك، بعد إطفاء الحريق، لا يوجد مصدر للحرارة، ويتكثف الماء الذي يتبخر مرة أخرى في الهواء. والأصح أن نقول إنهم يعودون إلى حالة التشبع. في هذه الحالة، تكون جزيئات الماء مرئية بوضوح. ويمكن رؤية مثال على البخار غير الشفاف في الصباح البارد والرطب، عندما تطفو الرطوبة على سطح الأرض على ارتفاع عدة أمتار. هذا بخار الماء على وشك التكثيف.
نقطة أخرى حول الماء المغلي. السبب وراء إصدار الماء في الغلاية الكثير من الضوضاء أثناء الغليان ولكنه يصبح هادئًا عندما يتعلق الأمر بالغليان هو أن الفقاعات أثناء الغليان تنفجر بسبب الضغط الكبير الموجود فيها. الضغط داخل الفقاعة منخفض بسبب انخفاض درجة حرارة الماء. ولكن عندما يغلي كل الماء (عندما نصل إلى 100 درجة)، يكون الضغط في الفقاعة قويًا بما يكفي لمواصلة الرحلة حتى مقدمة السائل وينفجر بلطف في الهواء. وإذا كنا نتعامل مع الفقاعات سنضيف ونقول أن الفقاعات تنفجر في الهواء دون سبب واضح بسبب قوة الجاذبية. يريد السائل الموجود أعلى الفقاعة أن ينزلق إلى الأسفل. ثم تصبح القشرة رقيقة ولا تستطيع الفقاعة تحمل الضغط الذي تمارسه عليها البيئة.
تعليقات 8
سلام. يسعدني أن أتوسع في السؤال الأول، وإذا أمكن، الإشارة إلى مواد قراءة إضافية. ما هو فرق الطاقة إذا قمت بغلي الماء في البحر الميت مقارنةً بقمة إيفرست؟ لنفترض أنني تناولت الماء عند درجة حرارة 20 درجة، ما مقدار الطاقة التي يجب أن أستثمرها لغليها عند درجة حرارة 101 درجة في البحر الميت، وما مقدار الطاقة التي يجب أن أستثمرها لغليها عند درجة حرارة 71 درجة في إيفرست ؟
إلى أي سيناريو تتناسب جملة "ومن ناحية أخرى، فإن الضغط يرفع درجة حرارة الماء، مما يسهل عليه التبخر"؟ إذا أخذت الماء إلى البحر الميت بدرجة حرارة 20 درجة، فهل ستسخن بسبب التغير في الضغط الجوي؟
شكرا جزيلا لك
لا يتفق مع ما هو مكتوب هنا https://he.wikipedia.org/wiki/ حول نقطة الغليان.
إذا قمت بغلي طبق في طنجرة ضغط يتكون معظمها من الماء، دون تغطيته بغطاء أثناء الغليان، وعندما يغلي أرفعه عن النار وأغلق طنجرة الضغط بالغطاء (شبه المحكم). الآن سيزداد الضغط في الوعاء بشكل كبير بسبب البخار المختنق. هل ترتفع درجة حرارة الماء في الوعاء بسبب الضغط؟ هل سيرتفع حتى فوق 100 درجة في الخطوة الأولى (حتى يبرد الوعاء)؟ بمعنى آخر - هل يؤدي ضغط المادة إلى تسخينها؟
الرد على الحياة:
أما بخصوص الإدعاء الأول فأنت مخطئ. اقتباس: "لكن الماء في حالة مشبعة لا يمكن ضغطه".
فيما يتعلق بالادعاء الثاني: الماء عند آلاف أجهزة الصراف الآلي قد تجاوز بالفعل درجة الحرارة الحرجة الثلاثية - فهو ليس ماء مشبعًا على الإطلاق.
أما بالنسبة للادعاء الثالث: فلا يوجد سبب آخر، استثمار الحرارة يرفع درجة الحرارة في أي مادة وفي أي حالة حسب معادلات ماكسويل للحالة (ليست معادلات الإشعاع بل معادلات الحالة).
فيما يتعلق بالادعاء الرابع: افتح كتابًا وتحقق من عامل يسمى المحتوى الحراري الانتقالي، h fg . إنه أصغر كدالة للقوة 4 (أقل قليلاً). وهذا يعني أنه من أجل خفض كمية حرارة البخار كثيرًا، من الضروري زيادة مقياس درجة حرارة الضغط بالكامل. المحتوى الحراري يتناقص (كما ادعت) ولكن بشكل طفيف. بالتاكيد لا.
الماء السائل لا يغير حجمه إذا حاولت ضغطه.
(سوف يغيرون حجمهم بشكل كبير فقط عند ضغط آلاف الأجواء).
ومن الناحية العملية، فإن زيادة الضغط على سطح الماء يؤدي إلى رفع درجات حرارة الغليان ولكن لسبب مختلف تمامًا.
وبالطبع يتطلب الأمر المزيد من الطاقة لغليها.
أعتقد أن ما كتبته هو الصحيح.
من هنا إلى شرح موضوع علمي للجمهور - الذي لم يكمل دورة الديناميكا الحرارية ولا مهندس كهربائي،
هناك مجال للتحسين.
الرد على شعبي
تخمينك صحيح بالتأكيد، في البداية الفقاعات التي تخرج هي الهواء. لا يحتوي المعدن الموجود في الوعاء على مسار سطحي مثالي ويختبئ الهواء في الشقوق الصغيرة في الوعاء. وهذا الهواء لا يخرج في البداية بسبب التوتر السطحي بين الهواء والمعدن. ولكن عندما ترتفع درجة الحرارة، يتمدد الهواء ويرتفع مثل الفقاعة. بعد ذلك يؤدي غليان المعدن إلى تبخر الماء في الأسفل وتكون الفقاعات من بخار الماء فقط. بالمناسبة، نقل الحرارة باستخدام الفقاعات هو الشكل الأكثر كفاءة لإزالة الحرارة. يصل معامل الانتقال في بعض الأحيان إلى أكثر من 20000 بينما بالنسبة للتعرق في مهب الريح فهو حوالي 50 (ويمكن أن يصل إلى عدة مئات).
رائع!!!
لقد تساءلت دائمًا عن السؤال الثاني.
لكنني أقنعت نفسي أنني كنت أتخيل أنه فقط بعد أن أطفئ الحرارة، يظهر بخار "المزيد" فجأة. أفهم الآن أن الأمر لا يعني وجود المزيد من البخار - بل هناك ببساطة تكثيف أكبر وبالتالي أرى المزيد من البخار. شكرا!
وأردت أن أطرح سؤالاً قصيراً حول هذا:
الفقاعات التي تخرج من قاع الإناء - مم تتكون؟ فقاعات غاز الماء؟ ففي النهاية، لا يوجد هواء هناك، وأفترض أن المعدن الساخن ليس هو الذي يولد الغاز. من الواضح أن هذه المناطق شديدة السخونة على المعدن لدرجة أن الماء السائل يلامسها ويتبخر ويشكل فقاعة من غاز الماء. أنا على حق؟