Գոլորշիացում և խտացում
Շոգեգոյացման դեպքում նյութը հեղուկ վիճակից վերածվում է գազայինի (գոլորշու): Գոյություն ունի շոգեգոյացման երկու տեսակ՝ գոլորշացում և եռում:
Գոլորշացումը շոգեգոյացում է, որը տեղի է ունենում հեղուկի ազատ մակերևույթից:
Ցանկացած հեղուկի մոլեկուլները գտնվում են անընդհատ և անկանոն շարժման մեջ, ընդ որում դրանց մի մասն ավելի արագ է շարժվում, մյուսներն՝ ավելի դանդաղ: Հեղուկից դուրս թռչելուն դրանց խանգարում են միմյանց միջև գործող ձգողության ուժերը: Բայց եթե ջրի մակերևույթին հայտնվի բավականին մեծ կինետիկ էներգիա ունեցող մոլեկուլ, ապա նրան կհաջողվի հաղթահարել միջմոլեկուլային ձգողության ուժերը, և դուրս կթռչի հեղուկից: Նույնը տեղի կունենա մեկ այլ արագաշարժ մոլեկուլի հետ, նաև երկրորդի, երրորդի, և այդպես շարունակ: Դուրս թռչելով՝ այս մոլեկուլները հեղուկի վրա գոլորշի են առաջացնում: Այս գոլորշու առաջացումն էլ հենց գոլորշացումն է:
Քանի որ գոլորշացման ժամանակ հեղուկից դուրս են թռչում առավել արագաշարժ մոլեկուլները, ապա հեղուկի մեջ մնացած մոլեկուլների ներքին կինետիկ էներգիան աստիճանաբար սկսում է նվազել: Դրա հետևանքով
գոլորշացող հեղուկի ջերմաստիճանն իջնում է, հեղուկը սառչում է: Եթե ջուր լցնենք բաժակի մեջ և թողնենք սեղանին, ապա չնայած գոլորշացմանը, այն չի կարող անընդհատ սառչել մինչև սառցակալելը: Ի՞նչն է դրան խանգարում: Պատասխանը շատ պարզ է. բաժակը շրջապատող տաք օդի հետ ջրի ջերմափոխանակությունը:
Գոլորշացման ընթացքում հեղուկի սառչելն ավելի ակնհայտ է այն դեպքում, երբ գոլորշացումը բավական արագ է կատարվում (այնպես, որ հեղուկը, շնորհիվ շրջապատող միջավայրի հետ ջերմափոխանակության, չի հասցնում վերականգնել իր ջերմաստիճանը): Արագ են գոլորշանում ցնդող հեղուկները, որոնց միջմոլեկուլային ձգողականությունը փոքր է, օրինակ՝ եթերը, սպիրտը, բենզինը: Եթե այդ հեղուկից կաթեցնենք մեր ձեռքին, սառնություն կզգանք: Ձեռքի մակերևույթից գոլորշանալով՝ այդպիսի հեղուկը կսկսի սառչել և որոշ ջերմաքանակ վերցնել ձեռքից:
Ուշադրություն
Հասարակ փորձերի միջոցով հեշտորեն կարելի է պարզել, որ գոլորշացման արագությունը մեծանում է հեղուկի ջերմաստիճանի բարձրացման, ինչպես նաև նրա ազատ մակերևույթի մակերեսի մեծացման և քամու առկայության դեպքերում:
Ուշադրություն
Ինչու՞ է քամու առկայության դեպքում հեղուկն ավելի արագ գոլորշանում: Բանն այն է, որ գոլորշացման հետ միաժամանակ հեղուկի մակերևույթին տեղի է ունենում նաև հակառակ պրոցեսը՝ խտացումը: Այն տեղի է ունենում այն պատճառով, որ գոլորշու մոլեկուլների մի մասը, անկանոն ձևով տեղաշարժվելով հեղուկի վերևում, դարձյալ վերադառնում է դեպի հեղուկը: Իսկ քամին քշում է հեղուկից դուրս թռած մոլեկուլները և չի թողնում, որ դրանք հետ դառնան:
Օրինակ
Մթնոլորտում ջրային գոլորշու խտացման հետևանք են նաև անձրևն ու ցողը:
Ուշադրություն
Գոլորշացման ժամանակ հեղուկը սառչում է և դառնալով ավելի սառը, քան շրջապատող միջավայրն է՝ սկսում է կլանել նրա էներգիան: Իսկ խտացման դեպքում, ընդհակառակը, տեղի է ունենում որոշ ջերմաքանակի փոխանցում շրջապատող միջավայրին, և նրա ջերմաստիճանը մի փոքր բարձրանում է:
Եռում
Ուշադրություն
Ի տարբերություն գոլորշացման, որը տեղի է ուենում հեղուկի ցանկացած ջերմաստիճանում, շոգեգոյացման մյուս տեսակը՝ եռումը, հնարավոր է միայն միանգամայն որոշակի (տվյալ ճնշման դեպքում) ջերմաստիճանի՝ եռման ջերմաստիճանի դեպքում:
Օրինակ
Դիտարկենք այս երևույթը փորձի միջոցով: Սկսենք տաքացնել բաց փորձանոթի մեջ լցված ջուրը՝ պարբերաբար չափելով դրա ջերմաստիճանը: Որոշ ժամանակ անց մենք կտեսնենք, որ անոթի հատակն ու պատերը պատվում են պղպջակներով (նկ. 2 ա): Դրանք առաջանում են օդի այն մանրագույն պղպջակների ընդարձակման արդյունքում, որոնք գոյություն ունեն անոթի ամբողջովին չթրջված պատերի փոսիկներում և մանր ճեղքերում: Ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց մեծանում է ջրի գոլորշացման ինտենսիվությունը այդ պղպջակների ներսում: Ուստի ավելանում է ջրային գոլորշու քանակությունը, իսկ դրա հետ մեկտեղ մեծանում է պղպջակների ներսի ճնշումը: Երբ ջրի ստորին շերտերի ջերմաստիճանը մոտենում է \(100\)°C-ի, պղպջակների ներսում ճնշումը հավասարվում է դրանց շուրջը եղած ճնշմանը, որից հետո պղպջակները սկսում են ընդարձակվել: Պղպջակների ծավալի մեծացման հետ աճում է նաև նրանց վրա ազդող դուրս հրող (արքիմեդյան) ուժը: Այդ ուժի ազդեցությամբ առավել խոշոր պղպջակները պոկվում են անոթի պատերից և բարձրանում վեր: Եթե ջրի վերին շերտերը դեռ չեն հասցրել տաքանալ մինչև \(100°\)C-ը, ապա այդպիսի (ավելի սառը) ջրում պղպջակների ներսի ջրային գոլորշու մի մասը խտանում և կրկին ջուր է դառնում. այդ դեպքում փոքրանում են պղպջակների չափերը, և ծանրության ուժը ստիպում է դրանց նորից իջնել ներքև: Այստեղ դրանք դարձյալ ընդարձակվում են և կրկին լողում վերև: Ջրի ներսում պղպջակների փոփոխական մեծացումն ու փոքրացումն ուղեկցվում են նրանում բնորոշ ձայնային ալիքների առաջացմամբ. եռացող ջուրն «աղմկում է»: Երբ ամբողջ ջուրը տաքանում է մինչև\(100\ \)°C, վերև բարձրացած պղպջակներն այլևս չեն փոքրանում, այլ պայթում են ջրի մակերևույթին՝ դուրս նետելով գոլորշին (նկ. 2, բ): Առաջանում է յուրահատուկ բլթբլթոց, ջուրը եռում է:
Եռում է կոչվում ինտենսիվ շոգեգոյացումը, որի դեպքում հեղուկի ներսում աճում և վերև են բարձրանում գոլորշու պղպջակները:
Դա սկսվում է այն բանից հետո, երբ պղպջակների ներսում ճնշումը հավասարվում է շրջապատող հեղուկի ճնշմանը:
Ուշադրություն
Եռման ժամանակ հեղուկի և նրա վրայի գոլորշու ջերմաստիճանը չի փոխվում: Այն անփոփոխ է մնում այնքան ժամանակ, քանի դեռ ամբողջ հեղուկը չի եռացել վերջացել:
Այն ջերմաստիճանը, որի դեպքում հեղուկը եռում է, կոչվում է եռման ջերմաստիճան:
Եռման ջերմաստիճանը կախված է հեղուկի ազատ մակերևույթի վրա ազդող ճնշումից :
Նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում նյութերի եռման ջերմաստիճանները կարելի է գտնել խնդրագրքերում, դասագրքում, համացանցում:
Ուշադրություն
Բոլորին հայտնի է, որ ջուրը եռում է \(100\) °C-ում: Բայց պետք է հիշել, որ դա ճշմարիտ է միայն նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում (մոտավորապես
Այսպես, օրինակ՝ շուտեփուկ կաթսաներում կերակուրը եփում են մոտ \(200\) կՊա ճնշման տակ: Ջրի եռման ջերմաստիճանն այդ դեպքում հասնում է \(120\)°C-ի: Այդպիսի ջերմաստիճանի ջրում «եփումը» շատ ավելի արագ է տեղի ունենում, քան սովորական եռացող ջրում: Դրանով է բացատրվում «շուտեփուկ» անվանումը: Եվ, հակառակը, ճնշումը փոքրացնելիս ջրի եռման ջերմաստիճանն իջնում է \(100\) °C-ից: Օրինակ՝ լեռնային շրջաններում (\(3\) կմ բարձրության վրա, որտեղ մթնոլորտային ճնշումը \(70\) կՊա է) ջուրը եռում է \(90\)°C-ում: Ուստի այդ շրջանների բնակիչներին եռման ջրի օգտագործմամբ կերակուր պատրաստելու համար ավելի շատ ժամանակ է պահանջվում, քան հարթավայրերի բնակիչներին: Իսկ այդպիսի եռացող ջրում հավի ձու եփելն ընդհանրապես հնարավոր չէ, քանի որ սպիտակուցը \(100\)°C-ից ցածր ջերմաստիճանում չի պնդանում:
Հեղուկի եռման ջերմաստիճանի ցածր լինելը կարող է նաև օգտակար դեր ունենալ: Այսպես, օրինակ՝ մթնոլորտային նորմալ ճնշման դեպքում հեղուկ ֆրեոնը եռում է մոտավորապես \(30\)
°C -ում: Իսկ ճնշումը փոքրացնելու միջոցով կարելի է ֆրեոնի եռման ջերմաստիճանը իջեցնել \(0\)°C-ից: Սա օգտագործվում է սառնարանում: Կոմպրեսորի աշխատանքի շնորհիվ սառնարանում ցածր ճնշում է առաջանում, և ֆրեոնը սկսում է վերածվել գոլորշու՝ կլանելով խցիկի պատերի ջերմությունը: Սրա շնորհիվ է տեղի ունենում սառնարանի ներսում ջերմաստիճանի իջեցումը: Աղյուսակներում կարելի է տեսնել, որ մթնոլորտային նույն ճնշման դեպքում ինչ մեծ տարբերություններ կարող են լինել տարբեր նյութերի եռման ջերմաստիճանների միջև:
Շոգեգոյացման համար անհրաժեշտ և խտացման դեպքում անջատվող ջերմաքանակը
Եթե եռացող ջրով անոթը վերցնենք ջեռուցիչից (տե՛ս նկ. 2), ապա ջրի եռումն արագ կդադարի: Ջրի ջերմաստիճանը կսկսի նվազել, և որոշ ժամանակ անց այն կդառնա այնպիսին, ինչպիսին նրան շրջապատող օդի ջերմաստիճանն է:
Որպեսզի ջուրը շարունակի եռալ, նրա ջերմաստիճանը պետք է անփոփոխ մնա: Իսկ դրա համար ջուրն անընդհատ պետք է բավարար ջերմաքանակ ստանա: Միայն այդ դեպքում այն կշարունակի եռալ, և դա կավարտվի այն ժամանակ, երբ ամբողջ ջուրը կվերածվի գոլորշու:
Փորձերով ապացուցվել է, որ \(1\) կգ ջուրը (եռման ջերմաստիճանում) ամբողջովին գոլորշի դարձնելու համար անհրաժեշտ է ծախսել \(2,3\) ՄՋ էներգիա: Նույն զանգվածով ուրիշ հեղուկների լրիվ գոլորշացման համար պահանջվում է այլ ջերմաքանակ: Օրինակ՝ սպիրտի դեպքում այն կազմում է \(0,9\) ՄՋ:
Ֆիզիկական այն մեծությունը, որը ցույց է տալիս, թե հաստատուն ջերմաստիճանում ինչ ջերմաքանակ է անհրաժեշտ \(1\) կգ հեղուկի գոլորշացման համար,կոչվում է շոգեգոյացման տեսակարար ջերմություն:
Շոգեգոյացման տեսակարար ջերմությունը նշանակում են \(r\) տառով և չափում են ջոուլը բաժանած կիլոգրամով (Ջ/կգ). Շոգեգոյացման տեսակարար ջերմությունը ևս աղյուսակային մեծություն է, այն կարելի է գտնել դասագրքից, խնդրագրքից, համացանցից:
Այդտեղից երևում է, որ օրինակ, եթերի շոգեգոյացման տեսակարար ջերմությունը հավասար է \(0,4
· Ջ/կգ)\ -ի: Այս թիվը ցույց է տալիս, որ \(1\)կգ եթերը (նրա եռման ջերմաստիճանում) գոլորշու վերածվելու համար անհրաժեշտ է ծախսել \(0,4\)· Ջ էներգիա: Նույն (ըստ մոդուլի) ջերմաքանակը կանջատվի նույն զանգվածն ու ջերմաստիճանն ունեցող եթերի գոլորշուց դրա խտացման արդյունքում:
\(2\) կգ հեղուկի գոլորշացման համար պահանջվող ջերմաքանակը երկու անգամ ավելի կլինի, \(3\) կգ հեղուկի համար՝ երեք անգամ ավելի և այլն:
Կամայական \(m\) զանգված ունեցող և եռման ջերմաստիճանում գտնվող հեղուկի գոլորշացման համար անհրաժեշտ ջերմաքանակը գտնելու համար պետք է այդ հեղուկի շոգեգոյացման տեսակարար ջերմությունը բազմապատկել նրա զանգվածով՝ \(Q\ \)\(=\)\(rm\ \)(1)
Եռման ջերմաստիճանում \(m\) զանգված ունեցող գոլորշու խտացումից անջատվող ջերմաքանակը որոշվում է նույն բանաձևով, սակայն «մինուս» նշանով.
\(Q\) = \(- rm\ \)(2)
Աղբյուրները
Ս. Վ. Գրոմով , Ն. Ա. Ռոդինա, Ֆիզիկա-8, հանրակրթական դպրոցի դասագիրք ( I, II, III և V գլուխների հեղինակ Ա. Մամյան); Երևան, Անտարես -2014 թ.