ՋԵՐՄԱՓՈԽՈՒՄ ԵՌԱՑՄԱՆ ԵՎ ԽՏԱՑՄԱՆ ԺԱՄԱՆԱԿ
եռացող ջերմության փոխանցում
Եռումկոչվում է ինտենսիվ գոլորշիացման գործընթաց, որը տեղի է ունենում հեղուկի ամբողջ ծավալում, որը գտնվում է հագեցվածության ջերմաստիճանում կամ ինչ-որ չափով գերտաքացած է հագեցվածության ջերմաստիճանի համեմատ՝ գոլորշիների փուչիկների ձևավորմամբ։ Ֆազային փոխակերպման գործընթացում գոլորշիացման ջերմությունը ներծծվում է: Եռման գործընթացը սովորաբար կապված է եռացող հեղուկի ջերմության մատակարարման հետ:
Հեղուկի եռման եղանակներ.
Տարբերում են հեղուկների եռացումը պինդ ջերմափոխանակման մակերեսի վրա, որին ջերմություն է մատակարարվում դրսից, և հեղուկի ծավալով եռալը։
Պինդ մակերեսի վրա եռալիս այս մակերեսի որոշ տեղերում նկատվում է գոլորշիների փուլի առաջացում։ Ծավալային եռման ժամանակ գոլորշիների փուլը ինքնաբերաբար (ինքնաբուխ) առաջանում է անմիջապես հեղուկի մեծ մասում՝ առանձին գոլորշիների փուչիկների տեսքով։ Զանգվածային եռումը կարող է առաջանալ միայն այն դեպքում, երբ հեղուկ փուլի գերտաքացումը տվյալ ճնշման դեպքում հագեցվածության ջերմաստիճանի համեմատ ավելի մեծ է, քան պինդ մակերեսի վրա եռալը: Զգալի գերտաքացում կարելի է ձեռք բերել, օրինակ, համակարգի արագ ճնշմամբ: Զանգվածային եռումը կարող է տեղի ունենալ, երբ հեղուկի մեջ կան ջերմության ներքին աղբյուրներ:
Ժամանակակից էներգետիկայի և տեխնոլոգիայի մեջ սովորաբար հանդիպում են պինդ ջեռուցման մակերեսների եռման պրոցեսները (խողովակների մակերեսներ, ալիքների պատեր և այլն): Եռման այս տեսակը հիմնականում քննարկվում է ստորև:
Միջուկային եռման ժամանակ ջերմության փոխանցման մեխանիզմը տարբերվում է միաֆազ հեղուկի կոնվեկցիայի ժամանակ ջերմության փոխանցման մեխանիզմից՝ սահմանային շերտից նյութի զանգվածի և ջերմության լրացուցիչ փոխանցման առկայությամբ՝ սահմանային շերտից դեպի եռման ծավալ։ հեղուկ. Սա հանգեցնում է ջերմության փոխանցման բարձր ինտենսիվության եռման ժամանակ, համեմատած միաֆազ հեղուկի կոնվեկցիայի հետ:
Որպեսզի եռման գործընթացը տեղի ունենա, պետք է պահպանվեն երկու պայման՝ հեղուկի գերտաքացման առկայությունը հագեցվածության ջերմաստիճանի համեմատ և գոլորշիացման կենտրոնների առկայությունը:
Հեղուկի գերտաքացումն առավելագույն արժեք ունի անմիջապես ջեռուցվող ջերմափոխանակման մակերեսի վրա: Այն նաև պարունակում է գոլորշիացման կենտրոններ պատերի անկանոնությունների, օդային փուչիկների, փոշու մասնիկների և այլնի տեսքով: Հետևաբար, գոլորշիների փուչիկների առաջացումը տեղի է ունենում անմիջապես ջերմափոխանակման մակերեսի վրա:
Նկար 3.1 - հեղուկի եռման ռեժիմներ անսահմանափակ ծավալով. ա) - պղպջակ; բ) - անցումային; գ) - ֆիլմ
Նկ. 3.1. սխեմատիկորեն ցույց է տալիս հեղուկի եռման եղանակները անսահմանափակ ծավալով: ժամը պղպջակների ռեժիմեռում (նկ. 3.1, ա), քանի որ ջեռուցման մակերեսի ջերմաստիճանը մեծանում է tcիսկ ըստ ջերմաստիճանի տարբերության՝ մեծանում է գոլորշիացման ակտիվ կենտրոնների թիվը, եռման պրոցեսն ավելի ու ավելի ինտենսիվ է դառնում։ Գոլորշի փուչիկները պարբերաբար պոկվում են մակերեսից և, լողալով մինչև ազատ մակերես, շարունակում են աճել ծավալով:
Ջերմաստիճանի տարբերության աճով Δ տջերմային հոսքը, որը հեռացվում է ջեռուցման մակերեսից մինչև եռացող հեղուկը, զգալիորեն ավելանում է: Այս ամբողջ ջերմությունը, ի վերջո, ծախսվում է գոլորշու ձևավորման վրա: Հետևաբար, եռման համար ջերմային հաշվեկշռի հավասարումն ունի ձև.
Որտեղ Ք- ջերմային հոսք, W; r- հեղուկ փուլային անցման ջերմություն, J/kg; G p- հեղուկի եռման և դրա ազատ մակերևույթից հեռացված միավոր ժամանակում առաջացած գոլորշու քանակը՝ կգ/վ.
ջերմային հոսք Քջերմաստիճանի տարբերության աճով Δ տանվերջ չի աճում. Որոշ արժեքի համար Δ տայն հասնում է իր առավելագույն արժեքին (նկ. 3.2), իսկ Δ-ի հետագա աճով տսկսում է նվազել.
Նկար 3.2 - Ջերմային հոսքի խտության կախվածությունը ք
ջերմաստիճանի տարբերությունից Δ տմթնոլորտային ճնշման տակ մեծ ծավալով ջուրը եռացնելիս. 1- տաքացում մինչև հագեցվածության ջերմաստիճան; 2 - պղպջակների ռեժիմ; 3 - անցումային ռեժիմ; 4 - ֆիլմի ռեժիմ:
Տվեք 1 2 3 և 4 սյուժեները
Պղպջակների եռումը տեղի է ունենում 2-րդ հատվածում (նկ. 3.2) մինչև կետում հասնել առավելագույն ջերմության հեռացման: ք kr1 , կոչ առաջին կրիտիկական ջերմային հոսքի խտությունը. Մթնոլորտային ճնշման տակ գտնվող ջրի համար ջերմային հոսքի առաջին կրիտիկական խտությունը ≈ Վտ/մ 2 է; ջերմաստիճանի տարբերության համապատասխան կրիտիկական արժեքը W/m 2: (Այս արժեքները վերաբերում են մեծ ծավալով ազատ շարժման մեջ եռացող ջրի պայմաններին: Այլ պայմանների և այլ հեղուկների համար արժեքները տարբեր են):
Ավելի մեծ Δ տգալիս է անցումային ռեժիմեռում (նկ. 3.1, բ) Այն բնութագրվում է նրանով, որ ինչպես ջեռուցման մակերեսի վրա, այնպես էլ դրա մոտակայքում, փուչիկները շարունակաբար միաձուլվում են միմյանց հետ, և առաջանում են մեծ գոլորշու խոռոչներ: Դրա պատճառով հեղուկի մուտքն ինքնին մակերեսին աստիճանաբար ավելի ու ավելի դժվար է դառնում: Մակերեւույթի որոշ տեղերում հայտնվում են «չոր» բծեր. դրանց քանակն ու չափը անընդհատ աճում են, քանի որ մակերեսի ջերմաստիճանը մեծանում է: Նման հատվածները, կարծես, բացառված են ջերմափոխանակությունից, քանի որ ջերմության հեռացումը անմիջապես գոլորշու վրա տեղի է ունենում շատ ավելի քիչ ինտենսիվ: Սա որոշում է ջերմային հոսքի կտրուկ նվազումը (3-րդ բաժինը Նկար 3.2-ում) և ջերմափոխանակման գործակիցը անցումային եռման ռեժիմի շրջանում:
Ի վերջո, որոշակի ջերմաստիճանի տարբերության դեպքում ամբողջ ջեռուցման մակերեսը ծածկված է գոլորշիների շարունակական թաղանթով, որը հեղուկը հեռացնում է մակերեսից։ Այսուհետ կա ֆիլմի ռեժիմեռում (նկ. 3.1, Վ) Այս դեպքում ջերմության փոխանցումը ջեռուցման մակերեսից հեղուկին իրականացվում է կոնվեկտիվ ջերմափոխանակման և գոլորշիների թաղանթի միջոցով ճառագայթման միջոցով: Ջերմության փոխանցման ինտենսիվությունը ֆիլմի եռման ռեժիմում բավականին ցածր է (4-րդ բաժինը Նկար 3.2-ում): Գոլորշի թաղանթը զգում է իմպուլսացիաներ. գոլորշին, պարբերաբար կուտակվելով դրա մեջ, պոկվում է մեծ փուչիկների տեսքով։ Ֆիլմի եռման սկզբի պահին մակերեսից հեռացվող ջերմային բեռը և, համապատասխանաբար, ձևավորված գոլորշու քանակը նվազագույն են: Սա համապատասխանում է Նկ. 3.2 միավոր ք kr2 , կոչ երկրորդ կրիտիկական ջերմային հոսքի խտությունը:Ջրի համար մթնոլորտային ճնշման դեպքում թաղանթի եռման սկզբի պահը բնութագրվում է ≈150 °C ջերմաստիճանի տարբերությամբ, այսինքն՝ մակերեսի ջերմաստիճանով։ tcմոտավորապես 250°C է: Երբ ջերմաստիճանի տարբերությունը մեծանում է, ջերմության աճող մասը փոխանցվում է ճառագայթման միջոցով ջերմափոխանակության շնորհիվ:
Բոլոր երեք եռման ռեժիմները կարելի է դիտարկել հակառակ հերթականությամբ, եթե, օրինակ, շիկացած զանգվածային մետաղական արտադրանքը ջրի մեջ իջեցվի հանգցնելու համար: Ջուրը եռում է, սկզբում մարմնի հովացումը ընթանում է համեմատաբար դանդաղ (ֆիլմի եռում), այնուհետև սառեցման արագությունը արագորեն մեծանում է (անցումային ռեժիմ), ջուրը սկսում է պարբերաբար թրջել մակերևույթը, և մակերևույթի ջերմաստիճանի նվազման ամենաբարձր արագությունը հասնում է սառեցման վերջին փուլը (պղպջակների եռում): Այս օրինակում եռումը ժամանակի ընթացքում ընթանում է ոչ ստացիոնար պայմաններում:
Նկ. 3.3-ը ցույց է տալիս պղպջակների և թաղանթի եռման ռեժիմների պատկերացումը ջրի մեջ էլեկտրական ջեռուցվող մետաղալարի վրա:
բրինձ. 3.3 Էլեկտրական ջեռուցվող մետաղալարի վրա պղպջակների և թաղանթի եռման ռեժիմների պատկերացում. ա) - պղպջակ և բ) - ֆիլմի եռման ռեժիմ:
Գործնականում հաճախ հանդիպում են նաև պայմաններ, երբ ֆիքսված ջերմային հոսքը մատակարարվում է մակերեսին, այսինքն. ք= կոնստ. Սա բնորոշ է, օրինակ, ջերմային էլեկտրական ջեռուցիչների, միջուկային ռեակտորների վառելիքի տարրերի և, մոտավորապես, շատ բարձր ջերմաստիճան ունեցող աղբյուրներից ճառագայթային մակերևույթի տաքացման դեպքում։ Պայմաններում ք= մակերևույթի ջերմաստիճանը tcև, համապատասխանաբար, ջերմաստիճանի տարբերություն Δ տկախված է հեղուկի եռման վիճակից։ Ստացվում է, որ ջերմամատակարարման նման պայմաններում անցողիկ ռեժիմը չի կարող կայուն լինել։ Արդյունքում եռման գործընթացը ձեռք է բերում մի շարք կարեւոր առանձնահատկություններ. Ջերմային բեռի աստիճանական աճով քջերմաստիճանի տարբերություն Δ տաճում է ըստ Նկ. 3.2, և գործընթացը զարգանում է նույն կերպ, ինչպես նկարագրված է վերևում: Նոր պայմաններ են առաջանում, երբ մատակարարվող ջերմային հոսքի խտությունը հասնում է մի արժեքի, որը համապատասխանում է առաջին կրիտիկական ջերմային հոսքի խտությանը ք cr1. Այժմ արժեքի ցանկացած աննշան (նույնիսկ պատահական) բարձրացման համար քմակերեսին մատակարարվող ջերմության քանակի և այդ առավելագույն ջերմային բեռի միջև կա ավելցուկ ք kr1 , որը կարող է շեղվել եռացող հեղուկի մեջ: Այս ավելցուկը ( ք-ք kp1) առաջացնում է մակերեսի ջերմաստիճանի բարձրացում, այսինքն՝ սկսվում է պատի նյութի ոչ ստացիոնար տաքացումը։ Գործընթացի զարգացումը ստանում է ճգնաժամային բնույթ։ Մի վայրկյանում տաքացնող մակերևույթի նյութի ջերմաստիճանը բարձրանում է հարյուրավոր աստիճաններով, և միայն այն դեպքում, եթե պատը բավականաչափ հրակայուն է, ճգնաժամը հաջողությամբ ավարտվում է նոր անշարժ վիճակով, որը համապատասխանում է թաղանթի եռման շրջանին շատ բարձր մակերևութային ջերմաստիճանում: . Նկ. 3.2, այս ճգնաժամային անցումը միջուկայինից թաղանթային եռման պայմանականորեն ցուցադրվում է սլաքով որպես «ցատկ» միջուկային եռման կորից մինչև թաղանթի եռման գիծը նույն ջերմային բեռով: ք cr1. Այնուամենայնիվ, դա սովորաբար ուղեկցվում է ջեռուցման մակերեսի հալեցմամբ և ոչնչացմամբ (նրա այրումը):
Երկրորդ առանձնահատկությունն այն է, որ եթե առաջացել է ճգնաժամ և հաստատվել է թաղանթի եռման ռեժիմը (մակերեսը չի փլուզվել), ապա ջերմային բեռի նվազման դեպքում թաղանթի եռումը կպահպանվի, այսինքն՝ հակառակ գործընթացը տեղի կունենա երկայնքով։ ֆիլմի եռման գիծ (նկ. 3.2): Միայն հասնելուց հետո ք kr2, հեղուկը սկսում է պարբերաբար հասնել (թրջել) ջեռուցման մակերեսին առանձին կետերում: Ջերմահեռացումը մեծանում և գերազանցում է ջերմային ներածումը, ինչի հետևանքով տեղի է ունենում մակերեսի արագ սառեցում, որը նույնպես ունի ճգնաժամային բնույթ։ Տեղի է ունենում ռեժիմների արագ փոփոխություն, հաստատվում է ստացիոնար միջուկային եռում։ Այս հակադարձ անցումը (երկրորդ ճգնաժամը) Նկ. 3.2-ը նույնպես պայմանականորեն ցուցադրվում է սլաքով որպես «ցատկ» ֆիլմի եռման կորից մինչև միջուկային եռման գիծը ժամը ք = ք cr2.
Այսպիսով, ջերմային հոսքի խտության ֆիքսված արժեքի պայմաններում քմատակարարվում է ջեռուցման մակերեսին, երկուսն էլ փուչիկից թաղանթին անցումներն ու հակառակը կրում են ճգնաժամային բնույթ: Դրանք առաջանում են ջերմային հոսքի կրիտիկական խտություններում ք kr1 և ք cr2, համապատասխանաբար: Այս պայմաններում եռման անցումային ռեժիմը չի կարող կայուն լինել, այն անկայուն է։
Գործնականում ջերմության հեռացման մեթոդները լայնորեն կիրառվում են խողովակների կամ տարբեր ձևերի ալիքների ներսում շարժվող հեղուկը եռացնելու ժամանակ: Այսպիսով, գոլորշու առաջացման գործընթացներն իրականացվում են կաթսայի խողովակների ներսում շարժվող ջրի եռման շնորհիվ։ Ջերմությունը խողովակների մակերեսին մատակարարվում է վառելիքի այրման տաք արգասիքներից՝ ճառագայթման և կոնվեկտիվ ջերմափոխանակման շնորհիվ։
Խողովակի (ալիքի) սահմանափակ ծավալով շարժվող հեղուկի եռման գործընթացի համար վերը նկարագրված պայմանները մնում են ուժի մեջ, բայց դրա հետ մեկտեղ հայտնվում են մի շարք նոր առանձնահատկություններ:
ուղղահայաց խողովակ. Խողովակը կամ ալիքը սահմանափակ համակարգ է, որտեղ եռացող հեղուկի շարժման ժամանակ տեղի է ունենում գոլորշիների փուլի շարունակական աճ և հեղուկ փուլի նվազում: Համապատասխանաբար, հոսքի հիդրոդինամիկ կառուցվածքը փոխվում է ինչպես երկարությամբ, այնպես էլ խողովակի խաչմերուկով: Համապատասխանաբար փոխվում է նաև ջերմափոխանակությունը։
Ուղղահայաց խողովակի երկարությամբ, երբ հոսքը շարժվում է ներքևից վերև, գոյություն ունեն երեք հիմնական տարածքներ՝ հեղուկի հոսքի տարբեր կառուցվածքով (նկ. 3.4). Ի- ջեռուցման տարածք (էկոնոմիզատորի հատված, մինչև խողովակի հատվածը, որտեղ T c \u003d T n); II- եռման տարածք (գոլորշիացման հատված, այն հատվածից, որտեղ T c \u003d T n, ես զ<ես n, դեպի այն հատվածը, որտեղ T c \u003d T n, ես սմ→ես n); III- թաց գոլորշու չորացման տարածքը.
Գոլորշիացման հատվածը ներառում է հագեցած հեղուկի մակերեսային եռացող տարածքներ:
Նկ. 3.4-ը սխեմատիկորեն ցույց է տալիս նման հոսքի կառուցվածքը: Բաժին 1-ը համապատասխանում է միաֆազ հեղուկի տաքացմանը մինչև հագեցվածության ջերմաստիճանը (էկոնոմիզատորի բաժին): Բաժին 2-ում տեղի է ունենում մակերևութային միջուկային եռում, որի դեպքում ջերմության փոխանցումը մեծանում է 2-րդ բաժնի համեմատ: Բաժին 3-ում տեղի է ունենում էմուլսիայի ռեժիմ, որտեղ երկփուլ հոսքը բաղկացած է հեղուկից և դրա մեջ միատեսակ բաշխված համեմատաբար փոքր փուչիկներից, որոնք հետագայում միաձուլվում են՝ ձևավորելով մեծ փուչիկներ՝ խողովակի տրամագծին համարժեք խրոցակներ: Խցանման ռեժիմում (բաժին 4) գոլորշին շարժվում է առանձին մեծ պղպջակներ-վարդակների տեսքով, որոնք առանձնացված են գոլորշի-հեղուկ էմուլսիայի միջշերտներով։ Այնուհետև, 5-րդ բաժնում խոնավ գոլորշին շարժվում է շարունակական զանգվածով հոսքի միջուկում, իսկ բարակ օղակաձև հեղուկ շերտը խողովակի պատի մոտ: Այս հեղուկ շերտի հաստությունը աստիճանաբար նվազում է։ Այս հատվածը համապատասխանում է օղակաձև եռման ռեժիմին, որն ավարտվում է, երբ հեղուկը անհետանում է պատից։ Բաժին 6-ում տեղի է ունենում գոլորշու չորացում (գոլորշու չորության աստիճանի բարձրացում): Քանի որ եռման գործընթացը ավարտված է, ջերմության փոխանցումը նվազում է: Հետագայում գոլորշու հատուկ ծավալի ավելացման պատճառով գոլորշու արագությունը մեծանում է, ինչը հանգեցնում է ջերմության փոխանցման որոշակի աճի։
Նկար 3.4 - Հոսքի կառուցվածքը, երբ հեղուկը եռում է ուղղահայաց խողովակի ներսում
Տվյալ պահին շրջանառության մակարդակի բարձրացում q հետ, խողովակի երկարությունը և մուտքի ջերմաստիճանը հանգեցնում են զարգացած եռացող տարածքների նվազմանը և էկոնոմիզատորի հատվածի երկարության ավելացմանը. աճի հետ q հետտրված արագությամբ, ընդհակառակը, զարգացած եռումով հատվածների երկարությունը մեծանում է, իսկ էկոնոմիզատորի երկարությունը նվազում է։
Հորիզոնական և թեք խողովակներ.Երբ երկփուլ հոսքը շարժվում է հորիզոնական կամ թեթև թեքությամբ տեղադրված խողովակների ներսում, ի լրումն հոսքի կառուցվածքի փոփոխության, խողովակի պարագծի երկայնքով կառուցվածքում զգալի փոփոխություն է տեղի ունենում: Այսպիսով, եթե շրջանառության արագությունը և հոսքի մեջ գոլորշու պարունակությունը փոքր են, ապա տեղի է ունենում երկփուլ հոսքի շերտավորում դեպի հեղուկ փուլ, որը շարժվում է խողովակի ստորին մասում, իսկ գոլորշին շարժվում է դրա վերին մասում ( Նկար 3.5, Ա) Գոլորշի պարունակության և շրջանառության արագության հետագա աճով գոլորշու և հեղուկ փուլերի միջերեսը ձեռք է բերում ալիքային բնույթ, և հեղուկը պարբերաբար թրջում է խողովակի վերին մասը ալիքային գագաթներով: Գոլորշիների պարունակության և արագության հետագա աճի դեպքում ալիքի շարժումը փուլային սահմանին մեծանում է, ինչը հանգեցնում է հեղուկի մասնակի արտանետմանը գոլորշիների շրջան: Արդյունքում երկփուլ հոսքը ձեռք է բերում հոսքի բնույթ՝ սկզբում մոտ սլագ հոսքին, իսկ հետո՝ օղակաձևին։
Բրինձ. 3.5 - Հոսքի կառուցվածքը հորիզոնական խողովակի ներսում հեղուկի եռման ժամանակ:
Ա- շերտավորված եռման ռեժիմ; բ- ձողային ռեժիմ; 1 - գոլորշու; 2 - հեղուկ.
Օղակաձև ռեժիմում խողովակի ողջ պարագծի երկայնքով հաստատվում է հեղուկի բարակ շերտի շարժում, հոսքի միջուկում շարժվում է գոլորշի-հեղուկ խառնուրդ (նկ. 3.5, բ) Սակայն նույնիսկ այս դեպքում հոսքի կառուցվածքում ամբողջական առանցքային համաչափություն չի նկատվում։
եթե խողովակի պատերին ջերմամատակարարման ինտենսիվությունը բավականաչափ բարձր է, ապա եռման պրոցեսը կարող է տեղի ունենալ նաև, երբ խողովակի մեջ հոսքը ենթակա է սառեցման մինչև հեղուկի հագեցվածության ջերմաստիճանը: Նման գործընթաց տեղի է ունենում, երբ պատի ջերմաստիճանը tcգերազանցում է հագեցվածության ջերմաստիճանը տ ս .այն պատում է հեղուկի սահմանային շերտը անմիջապես պատին: Գոլորշի փուչիկները, որոնք մտնում են հոսքի սառը միջուկը, արագ խտանում են: Եռման այս տեսակը կոչվում է եռում ենթասառեցմամբ.
Պղպջակների եռման ռեժիմում ջերմության հեռացումը ջեռուցման մակերեսի սառեցման ամենաառաջադեմ մեթոդներից մեկն է: Այն լայն կիրառություն է գտնում տեխնիկական սարքերում։
3.1.2. Ջերմային փոխանցում միջուկային եռման ժամանակ։
Դիտարկումները ցույց են տալիս, որ ջերմաստիճանի տարբերության աճով Δ տ = tc-տ ս, ինչպես նաև ճնշում Ռջեռուցման մակերևույթի վրա ավելանում է գոլորշիացման ակտիվ կենտրոնների թիվը: Արդյունքում, անընդհատ աճում են փուչիկների քանակը, աճում և անջատվում ջեռուցման մակերեսից: Արդյունքում ավելանում է հեղուկի մոտ պատի սահմանային շերտի տուրբուլենտությունը և խառնումը։ Ջեռուցման մակերեսի վրա իրենց աճի ընթացքում պղպջակները ինտենսիվորեն ջերմություն են վերցնում նաև սահմանային շերտից։ Այս ամենը նպաստում է ջերմության փոխանցման բարելավմանը։ Ընդհանուր առմամբ, միջուկային եռման գործընթացը բավականին քաոսային է։
Ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ տեխնիկական ջեռուցման մակերեսների վրա գոլորշիացման կենտրոնների թիվը կախված է մակերեսի նյութից, կառուցվածքից և միկրոկոշտությունից, մակերևույթի կազմի և մակերևույթի կողմից կլանված գազից (օդից) տարասեռության առկայությունից: Զգալի ազդեցություն են թողնում տարբեր արշավանքների, օքսիդային թաղանթների, ինչպես նաև ցանկացած այլ ընդգրկումների միջոցով:
Դիտարկումները ցույց են տալիս, որ իրական պայմաններում գոլորշիացման կենտրոնները սովորաբար ծառայում են որպես մակերեսի կոշտության և միկրոկոպիտության առանձին տարրեր (ցանկալի է տարբեր իջվածքներ և իջվածքներ):
Սովորաբար, նոր մակերեսների վրա գոլորշիացման կենտրոնների թիվն ավելի մեծ է, քան երկար եռալուց հետո նույն մակերեսների վրա: Սա հիմնականում պայմանավորված է մակերեսի կողմից կլանված գազի առկայությամբ: Ժամանակի ընթացքում գազը աստիճանաբար հեռացվում է, այն խառնվում է աճող փուչիկների գոլորշու հետ և տեղափոխվում գոլորշու տարածություն։ Եռման գործընթացը և ջերմափոխանակությունը կայունացվում են ժամանակի և ինտենսիվության մեջ:
Գոլորշի փուչիկների առաջացման պայմանների վրա մեծ ազդեցություն է ունենում հեղուկի և գոլորշու միջերեսի մակերեսային լարվածությունը:
Մակերեւութային լարվածության պատճառով գոլորշու ճնշումը պղպջակի ներսում Ռ n իրեն շրջապատող հեղուկի ճնշումից բարձր Ռև. Նրանց տարբերությունը որոշվում է Լապլասի հավասարմամբ
որտեղ σ մակերեսային լարվածությունն է; Ռպղպջակի շառավիղն է։
Լապլասի հավասարումն արտահայտում է մեխանիկական հավասարակշռության պայմանը։ Այն ցույց է տալիս, որ մակերեսային լարվածությունը, ինչպես առաձգական պատյան, «սեղմում է» գոլորշին փուչիկի մեջ, և որքան ուժեղ է, այնքան փոքր է նրա շառավիղը։ Ռ.
Գոլորշիների ճնշման կախվածությունը պղպջակների չափից որոշ առանձնահատկություններ է դնում փոքր փուչիկների ջերմային կամ թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակի վրա: Պղպջակների գոլորշին և դրա մակերեսի հեղուկը հավասարակշռության մեջ են, եթե հեղուկի մակերևույթը ունի պղպջակի գոլորշու ճնշման հագեցվածության ջերմաստիճանին հավասար, տ s( ՌՊ). Այս ջերմաստիճանը ավելի բարձր է, քան հեղուկի արտաքին ճնշման դեպքում հագեցվածության ջերմաստիճանը տ s( Ռև): Հետևաբար, ջերմային հավասարակշռության հասնելու համար պղպջակի շուրջ հեղուկը պետք է որոշակի քանակությամբ գերտաքացվի. տ s( Ռ P) - տ s( Ռև):
Հաջորդ առանձնահատկությունն այն է, որ այս հավասարակշռությունը պարզվում է անկայուն. Եթե հեղուկի ջերմաստիճանը փոքր-ինչ գերազանցում է հավասարակշռության արժեքը, ապա հեղուկի մի մասը գոլորշիացվում է փուչիկների մեջ, և դրա շառավիղը կաճի: Այս դեպքում, ըստ Լապլասի հավասարման, գոլորշու ճնշումը պղպջակում կնվազի։ Սա կհանգեցնի հավասարակշռության վիճակից նոր շեղման։ Պղպջակը կսկսի աճել անորոշ ժամանակով։ Նաև հեղուկի ջերմաստիճանի մի փոքր նվազմամբ գոլորշիների մի մասը կխտանա, պղպջակի չափը կնվազի, իսկ գոլորշու ճնշումը դրանում կաճի: Սա կբերի հավասարակշռության պայմաններից հետագա շեղում, այժմ՝ այլ ուղղությամբ։ Արդյունքում պղպջակը ամբողջությամբ կխտանա ու կվերանա։
Հետևաբար, գերտաքացած հեղուկում ոչ մի պատահական ձևավորված փոքր պղպջակներ ունակ են հետագա աճի, այլ միայն նրանք, որոնց շառավիղը գերազանցում է վերը թվարկված անկայուն մեխանիկական և ջերմային հավասարակշռության պայմաններին համապատասխանող արժեքը: Սա նվազագույն արժեքը
որտեղ ածանցյալը տվյալ նյութի ֆիզիկական բնութագիրն է, այն որոշվում է Կլապեյրոն-Կլաուզիս հավասարմամբ
այսինքն՝ այն արտահայտվում է այլ ֆիզիկական հաստատուններով՝ փուլային անցման ջերմություն r, գոլորշիների խտություն ρ pև հեղուկներ ρ wև բացարձակ հագեցվածության ջերմաստիճան Ծ.
Բանաձևը (3-2) ցույց է տալիս, որ եթե գոլորշու միջուկները հայտնվում են ջեռուցման մակերեսի որոշակի կետերում, ապա միայն նրանցից, որոնց կորության շառավիղը գերազանցում է արժեքը. Ռմին. Քանի որ Δ-ի աճով տմեծությունը Ռմիննվազում է, բացատրում է (3-2) հավասարումը
մակերևույթի ջերմաստիճանի բարձրացմամբ գոլորշիացման կենտրոնների քանակի ավելացման փորձարարական նկատված փաստը։
Նվազման հետ է կապված նաև գոլորշիացման կենտրոնների քանակի ավելացումը՝ ճնշման աճով Ռմին, քանի որ ճնշումը մեծանում է, արժեքը p-ներաճում է և σ նվազում է. Հաշվարկները ցույց են տալիս, որ մթնոլորտային ճնշման տակ եռացող ջրի համար Δ տ= 5°С Ռմին= 6,7 մկմ, իսկ Δ տ= 25°С Ռմին= 1,3 մկմ:
Բարձր արագությամբ նկարահանման միջոցով կատարված դիտարկումները ցույց են տալիս, որ ֆիքսված եռման ռեժիմում գոլորշիների փուչիկների առաջացման հաճախականությունը նույնը չէ ինչպես մակերեսի տարբեր կետերում, այնպես էլ ժամանակի ընթացքում: Սա եռման գործընթացին տալիս է բարդ վիճակագրական բնույթ: Համապատասխանաբար, տարբեր փուչիկների աճի տեմպերը և տարանջատման չափերը նույնպես բնութագրվում են որոշ միջին արժեքների շուրջ պատահական շեղումներով:
Այն բանից հետո, երբ փուչիկը հասնում է որոշակի չափի, այն պոկվում է մակերեսից: Պոկված չափըորոշվում է հիմնականում ձգողականության, մակերեսային լարվածության և իներցիայի փոխազդեցությամբ։ Վերջին արժեքը դինամիկ ռեակցիա է, որը տեղի է ունենում հեղուկում փուչիկների չափի արագ աճի պատճառով: Սովորաբար, այս ուժը կանխում է փուչիկների կոտրումը: Բացի այդ, փուչիկների առաջացման և անջատման բնույթը մեծապես կախված է նրանից, թե արդյոք հեղուկը թրջում է մակերեսը, թե ոչ: Հեղուկի թրջման ունակությունը բնութագրվում է շփման θ անկյունով, որը ձևավորվում է պատի և հեղուկի ազատ մակերեսի միջև։ Որքան մեծ է θ, այնքան ավելի վատ է հեղուկի թրջման ունակությունը: Ընդհանրապես ընդունված է, որ θ<90° (рис. 3.6, Ա), հեղուկը թրջում է մակերեսը, բայց θ >90°-ում՝ ոչ։ Շփման անկյան արժեքը կախված է հեղուկի բնույթից, նյութից, վիճակից և մակերեսի մաքրությունից: Եթե եռացող հեղուկը թրջում է տաքացնող մակերեսը, ապա գոլորշու փուչիկները ունեն բարակ ոտք և հեշտությամբ դուրս են գալիս մակերեսից (նկ. 3.7, Ա) Եթե հեղուկը չի թրջում մակերեսը, ապա գոլորշիների փուչիկները լայն ոտք ունեն (նկ. 3.7, բ) և դուրս է գալիս մզկիթի երկայնքով, կամ գոլորշիացումը տեղի է ունենում ամբողջ մակերեսով:
Եռում- սա գոլորշիացում է, որը տեղի է ունենում միաժամանակ ինչպես մակերևույթից, այնպես էլ հեղուկի ամբողջ ծավալով: Այն բաղկացած է նրանից, որ բազմաթիվ փուչիկները հայտնվում և պայթում են՝ առաջացնելով բնորոշ թրթռում:
Ինչպես ցույց է տալիս փորձը, հեղուկի եռումը տվյալ արտաքին ճնշման դեպքում սկսվում է բավականին որոշակի ջերմաստիճանում, որը չի փոխվում եռման գործընթացում և կարող է առաջանալ միայն այն դեպքում, երբ ջերմափոխանակման արդյունքում էներգիա է մատակարարվում դրսից (նկ. 1): :
որտեղ L-ը գոլորշիացման հատուկ ջերմությունն է եռման կետում:
Եռման մեխանիզմ. հեղուկում միշտ կա լուծված գազ, որի լուծարման աստիճանը նվազում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։ Բացի այդ, նավի պատերին կա ներծծված գազ: Երբ հեղուկը տաքացվում է ներքևից (նկ. 2), գազը սկսում է զարգանալ անոթի պատերի մոտ փուչիկների տեսքով։ Հեղուկը գոլորշիանում է այս փուչիկների մեջ: Ուստի, բացի օդից, պարունակում են հագեցած գոլորշի, որի ճնշումը ջերմաստիճանի բարձրացման հետ արագ աճում է, իսկ փուչիկները մեծանում են ծավալով, և, հետևաբար, մեծանում են դրանց վրա ազդող Արքիմեդյան ուժերը։ Երբ լողացող ուժը դառնում է ավելի մեծ, քան պղպջակի ձգողականությունը, այն սկսում է լողալ: Բայց քանի դեռ հեղուկը միատեսակ տաքացվում է, երբ այն բարձրանում է, պղպջակի ծավալը նվազում է (հագեցած գոլորշիների ճնշումը նվազում է ջերմաստիճանի նվազմամբ) և մինչև ազատ մակերեսին հասնելը փուչիկները անհետանում են (փլուզվում) (նկ. 2, ա), դրա համար էլ եռալուց առաջ մենք լսում ենք բնորոշ աղմուկ։ Երբ հեղուկի ջերմաստիճանը հավասարվում է, պղպջակի ծավալը կմեծանա, քանի որ այն բարձրանում է, քանի որ հագեցած գոլորշու ճնշումը չի փոխվում, իսկ արտաքին ճնշումը պղպջակի վրա, որը հեղուկի հիդրոստատիկ ճնշման գումարն է պղպջակի վերևում: իսկ մթնոլորտային ճնշումը նվազում է։ Պղպջակը հասնում է հեղուկի ազատ մակերեսին, պայթում է, և հագեցած գոլորշին դուրս է գալիս (նկ. 2, բ) – հեղուկը եռում է։ Հագեցման գոլորշու ճնշումը փուչիկների մեջ գործնականում հավասար է արտաքին ճնշմանը:
Այն ջերմաստիճանը, որի դեպքում հեղուկի հագեցած գոլորշու ճնշումը հավասար է նրա ազատ մակերևույթի արտաքին ճնշմանը, կոչվում է եռման կետհեղուկներ.
Քանի որ հագեցած գոլորշու ճնշումը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, իսկ եռման ժամանակ այն պետք է հավասար լինի արտաքին ճնշմանը, եռման ջերմաստիճանը մեծանում է արտաքին ճնշման բարձրացմամբ։
Եռման կետը կախված է նաև կեղտերի առկայությունից, որոնք սովորաբար ավելանում են կեղտերի կոնցենտրացիայի աճով:
Եթե հեղուկը նախ ազատվում է դրա մեջ լուծված գազից, ապա այն կարող է գերտաքանալ, այսինքն. տաքացնել եռման կետից բարձր: Սա հեղուկի անկայուն վիճակ է։ Բավարար փոքր թափահարում և հեղուկը եռում է, և դրա ջերմաստիճանը անմիջապես իջնում է մինչև եռման կետը:
Այն ամենը, ինչ մեզ շրջապատում է առօրյա կյանքում, կարող է ներկայացվել որպես ֆիզիկական և քիմիական գործընթացներ: Մենք անընդհատ կատարում ենք բազմաթիվ մանիպուլյացիաներ, որոնք արտահայտվում են բանաձևերով և հավասարումներով՝ նույնիսկ չիմանալով դա։ Այդ գործընթացներից մեկը եռալն է։ Սա այն երեւույթն է, որը բացարձակապես բոլոր տնային տնտեսուհիներն օգտագործում են ճաշ պատրաստելու ժամանակ։ Դա մեզ միանգամայն սովորական է թվում։ Բայց եկեք եռման գործընթացին նայենք գիտական տեսանկյունից։
Եռում - ինչ է դա:
Դեռևս ֆիզիկայի դպրոցական դասընթացից հայտնի է, որ նյութը կարող է լինել հեղուկ և գազային վիճակում։ Հեղուկը գոլորշի վիճակի վերածելու գործընթացը եռում է։ Դա տեղի է ունենում միայն այն դեպքում, երբ որոշակի ջերմաստիճանի ռեժիմը հասնում կամ գերազանցում է: Մասնակցում է այս գործընթացին և ճնշումներին, դա պետք է հաշվի առնել։ Յուրաքանչյուր հեղուկ ունի իր եռման կետը, որն առաջացնում է գոլորշու ձևավորում:
Սա էական տարբերությունն է եռման և գոլորշիացման միջև, որը տեղի է ունենում հեղուկի ցանկացած ջերմաստիճանի ռեժիմում:
Ինչպե՞ս է առաջանում եռալը:
Եթե դուք երբևէ ջուր եք եռացրել ապակե տարայի մեջ, ապա հեղուկը տաքացնելու գործընթացում նկատել եք տարայի պատերին փուչիկների առաջացումը։ Դրանք ձևավորվում են այն պատճառով, որ օդը կուտակվում է սպասքի միկրոճաքերում, որոնք տաքանալիս սկսում են ընդլայնվել։ Փուչիկները կազմված են ճնշման տակ գտնվող հեղուկ գոլորշուց: Այս զույգերը կոչվում են հագեցած: Քանի որ հեղուկը տաքանում է, օդային փուչիկների ճնշումը մեծանում է, և դրանք մեծանում են չափերով: Բնականաբար, նրանք սկսում են բարձրանալ վերև:
Բայց, եթե հեղուկը դեռ չի հասել եռման կետին, ապա վերին շերտերում փուչիկները սառչում են, ճնշումը նվազում է և հայտնվում են տարայի հատակին, որտեղ նորից տաքանում են և բարձրանում։ Այս գործընթացը ծանոթ է յուրաքանչյուր տնային տնտեսուհու, կարծես ջուրը սկսում է աղմկել։ Հենց վերին և ստորին շերտերում հեղուկի ջերմաստիճանը հավասարվում է, փուչիկները սկսում են բարձրանալ մակերես և պայթել՝ առաջանում է եռում։ Դա հնարավոր է միայն այն դեպքում, երբ պղպջակների ներսում ճնշումը դառնում է նույնը, ինչ ինքնին հեղուկի ճնշումը:
Ինչպես արդեն նշեցինք, յուրաքանչյուր հեղուկ ունի իր ջերմաստիճանային ռեժիմը, որով սկսվում է եռման գործընթացը։ Ավելին, ողջ գործընթացի ընթացքում նյութի ջերմաստիճանը մնում է անփոփոխ, թողարկված ողջ էներգիան ծախսվում է գոլորշիացման վրա։ Հետևաբար, կաթսաները այրվում են անփույթ տնային տնտեսուհիների մոտ. դրանց ամբողջ պարունակությունը եռում է, և տարան ինքնին սկսում է տաքանալ:
Եռման կետն ուղիղ համեմատական է ամբողջ հեղուկի, ավելի ճիշտ՝ դրա մակերեսի վրա գործադրվող ճնշմանը։ Դպրոցական ֆիզիկայի դասընթացում նշվում է, որ ջուրը սկսում է եռալ հարյուր աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում։ Բայց քչերն են հիշում, որ այս հայտարարությունը ճիշտ է միայն նորմալ ճնշման պայմաններում։ Նորմը համարվում է հարյուր մեկ կիլոպասկալի արժեք։ Եթե ճնշումը մեծանա, հեղուկը կեռա այլ ջերմաստիճանում։
Այս ֆիզիկական հատկությունը օգտագործվում է ժամանակակից կենցաղային տեխնիկա արտադրողների կողմից: Օրինակ կարող է լինել ճնշման կաթսա: Բոլոր տնային տնտեսուհիները գիտեն, որ նման սարքերում ուտելիքը շատ ավելի արագ է եփվում, քան սովորական թավայի մեջ։ Ինչի՞ հետ է դա կապված։ Ճնշմամբ, որը ձևավորվում է ճնշման կաթսայում: Նորմայից կրկնակի է։ Հետեւաբար, ջուրը եռում է մոտավորապես հարյուր քսան աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում:
Եթե դուք երբևէ եղել եք լեռներում, ապա տեսել եք հակառակ գործընթացը: Բարձրության վրա ջուրը սկսում է եռալ իննսուն աստիճանով, ինչը մեծապես բարդացնում է պատրաստման գործընթացը։ Տեղի բնակիչներն ու լեռնագնացները, ովքեր իրենց ողջ ազատ ժամանակն անցկացնում են լեռներում, քաջ գիտակցում են այդ դժվարությունները։
Մի քիչ ավելի եռալու մասին
Շատերն են լսել «եռման կետ» արտահայտությունը և հավանաբար զարմացած են, որ հոդվածում չենք նշել: Փաստորեն, մենք արդեն նկարագրել ենք այն։ Մի շտապեք կարդալ տեքստը։ Բանն այն է, որ ֆիզիկայում եռման գործընթացի կետն ու ջերմաստիճանը նույնական են համարվում։
Գիտական աշխարհում այս տերմինաբանությամբ տարանջատումը կատարվում է միայն տարբեր հեղուկ նյութերի խառնման դեպքում։ Նման իրավիճակում որոշվում է հենց եռման կետը և ամենափոքրը հնարավոր բոլորից: Նա է, ով ընդունվում է որպես խառնուրդի բոլոր բաղկացուցիչ մասերի նորմ:
Ջուր. հետաքրքիր փաստեր ֆիզիկական գործընթացների մասին
Լաբորատոր փորձերի ժամանակ ֆիզիկոսները միշտ վերցնում են առանց կեղտերի հեղուկ և ստեղծում բացարձակապես իդեալական արտաքին պայմաններ։ Բայց կյանքում ամեն ինչ մի փոքր այլ կերպ է լինում, քանի որ հաճախ մենք ջրին աղ ենք լցնում կամ զանազան համեմունքներ ենք ավելացնում։ Ո՞րն է լինելու այս դեպքում եռման կետը:
Աղի ջուրը եռալու համար պահանջում է ավելի բարձր ջերմաստիճան, քան քաղցրահամ ջուրը: Դա պայմանավորված է նատրիումի և քլորի կեղտերով: Նրանց մոլեկուլները բախվում են միմյանց, և դրանց տաքացումը պահանջում է շատ ավելի բարձր ջերմաստիճան։ Կա որոշակի բանաձեւ, որը թույլ է տալիս հաշվարկել աղի ջրի եռման կետը։ Նկատի ունեցեք, որ վաթսուն գրամ աղը 1 լիտր ջրին ավելացնում է եռման ջերմաստիճանը տասը աստիճանով։
Կարո՞ղ է ջուրը եռալ վակուումում: Գիտնականներն ապացուցել են, որ դա կարող է։ Դա պարզապես եռման կետն այս դեպքում պետք է հասնի երեք հարյուր աստիճանի սահմանագծին: Ի վերջո, վակուումում ճնշումը ընդամենը չորս կիլոպասկալ է:
Մենք բոլորս ջուրը եռացնում ենք թեյնիկում, ուստի մեզ ծանոթ է այնպիսի տհաճ երեւույթ, ինչպիսին է «կշեռքը»։ Ի՞նչ է դա և ինչու է այն ձևավորվել: Իրականում ամեն ինչ պարզ է՝ քաղցրահամ ջուրն ունի տարբեր աստիճանի կարծրություն։ Այն որոշվում է հեղուկի կեղտերի քանակով, ամենից հաճախ այն պարունակում է տարբեր աղեր։ Եռման ընթացքում դրանք վերածվում են նստվածքի և մեծ քանակությամբ վերածվում մասշտաբի։
Կարո՞ղ է ալկոհոլը եռալ:
Եռման սպիրտն օգտագործվում է լուսնային գարեջրման գործընթացում և կոչվում է թորում։ Այս գործընթացը ուղղակիորեն կախված է ալկոհոլի լուծույթում ջրի քանակից: Եթե հիմք ընդունենք մաքուր էթիլային սպիրտ, ապա նրա եռման ջերմաստիճանը մոտ կլինի յոթանասունութ աստիճան Ցելսիուսի։
Ալկոհոլին ջուր ավելացնելու դեպքում հեղուկի եռման ջերմաստիճանը մեծանում է։ Կախված լուծույթի կոնցենտրացիայից, այն կեռա յոթանասունութ աստիճանից մինչև հարյուր աստիճան ըստ Ցելսիուսի: Բնականաբար, եռման ընթացքում ալկոհոլը գոլորշու կվերածվի ավելի կարճ ժամանակամիջոցում, քան ջուրը։
Եռացումը նյութի ագրեգատային վիճակի փոփոխման գործընթացն է։ Երբ խոսում ենք ջրի մասին, նկատի ունենք հեղուկից գոլորշու փոփոխությունը։ Կարևոր է նշել, որ եռալը գոլորշիացում չէ, որը կարող է առաջանալ նույնիսկ սենյակային ջերմաստիճանում: Նաև մի շփոթեք եռման հետ, որը ջրի որոշակի ջերմաստիճանի տաքացման գործընթացն է։ Այժմ, երբ հասկացանք հասկացությունները, կարող ենք որոշել, թե ինչ ջերմաստիճանում է ջուրը եռում:
Գործընթացը
Ագրեգացման վիճակը հեղուկից գազային փոխակերպելու բուն գործընթացը բարդ է։ Եվ չնայած մարդիկ դա չեն տեսնում, կան 4 փուլ.
- Առաջին փուլում ջեռուցվող տարայի հատակին փոքր փուչիկներ են գոյանում։ Դրանք կարելի է տեսնել նաև կողքերին կամ ջրի մակերեսին։ Դրանք առաջանում են օդային փուչիկների ընդլայնման շնորհիվ, որոնք միշտ առկա են տանկի ճեղքերում, որտեղ ջուրը տաքացվում է։
- Երկրորդ փուլում փուչիկների ծավալը մեծանում է։ Նրանք բոլորը սկսում են շտապել դեպի մակերես, քանի որ նրանց ներսում հագեցած գոլորշի կա, որն ավելի թեթև է, քան ջուրը։ Ջեռուցման ջերմաստիճանի բարձրացմամբ փուչիկների ճնշումը մեծանում է, և Արքիմեդյան հայտնի ուժի շնորհիվ դրանք մղվում են դեպի մակերես։ Այս դեպքում լսվում է եռման բնորոշ ձայնը, որն առաջանում է պղպջակների մշտական ընդլայնման և չափերի փոքրացման պատճառով։
- Երրորդ փուլում մակերեսի վրա նկատվում են մեծ քանակությամբ փուչիկներ։ Սա սկզբում ջրի մեջ ամպամածություն է առաջացնում: Այս գործընթացը հանրաճանաչորեն կոչվում է «սպիտակ բանալիով եռալ», և այն կարճ ժամանակ է տևում։
- Չորրորդ փուլում ջուրն ինտենսիվ եռում է, մակերեսին հայտնվում են մեծ պայթող պղպջակներ, կարող են շաղ տալ։ Ամենից հաճախ, շաղ տալը նշանակում է, որ հեղուկը հասել է առավելագույն ջերմաստիճանի: Ջրից գոլորշի կսկսի դուրս գալ։
Հայտնի է, որ ջուրը եռում է 100 աստիճան ջերմաստիճանում, ինչը հնարավոր է միայն չորրորդ փուլում։
Գոլորշի ջերմաստիճան
Գոլորշին ջրի վիճակներից մեկն է։ Երբ այն մտնում է օդ, ապա, ինչպես մյուս գազերը, որոշակի ճնշում է գործադրում նրա վրա։ Գոլորշացման ընթացքում գոլորշու և ջրի ջերմաստիճանը մնում է հաստատուն, մինչև ամբողջ հեղուկը փոխի իր ագրեգացման վիճակը: Այս երեւույթը կարելի է բացատրել նրանով, որ եռման ժամանակ ամբողջ էներգիան ծախսվում է ջուրը գոլորշու վերածելու վրա։
Եռման հենց սկզբում առաջանում է խոնավ հագեցած գոլորշի, որը ամբողջ հեղուկի գոլորշիացումից հետո դառնում է չոր։ Եթե նրա ջերմաստիճանը սկսում է գերազանցել ջրի ջերմաստիճանը, ապա այդպիսի գոլորշին գերտաքացվում է, և իր բնութագրերով այն ավելի մոտ կլինի գազին։
Եռացող աղաջուր
Բավականին հետաքրքիր է իմանալ, թե ինչ ջերմաստիճանում է եռում աղի բարձր պարունակությամբ ջուրը։ Հայտնի է, որ այն պետք է ավելի բարձր լինի բաղադրության մեջ Na+ և Cl- իոնների պարունակության պատճառով, որոնք տարածք են զբաղեցնում ջրի մոլեկուլների միջև։ Աղով ջրի այս քիմիական բաղադրությունը տարբերվում է սովորական թարմ հեղուկից։
Բանն այն է, որ աղի ջրում տեղի է ունենում խոնավացման ռեակցիա՝ ջրի մոլեկուլները աղի իոններին միացնելու գործընթացը։ Քաղցրահամ ջրի մոլեկուլների միջև կապն ավելի թույլ է, քան խոնավացման ժամանակ առաջացածները, ուստի լուծված աղով հեղուկը եռացնելուց ավելի երկար կպահանջվի: Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ աղ պարունակող ջրի մոլեկուլներն ավելի արագ են շարժվում, բայց դրանք ավելի քիչ են, ինչի պատճառով նրանց միջև բախումներ ավելի հազվադեպ են լինում։ Արդյունքում, ավելի քիչ գոլորշի է արտադրվում, և դրա ճնշումը, հետևաբար, ավելի ցածր է, քան քաղցրահամ ջրի գոլորշու գլուխը: Հետեւաբար, լիարժեք գոլորշիացման համար պահանջվում է ավելի շատ էներգիա (ջերմաստիճան): Միջին հաշվով 60 գրամ աղ պարունակող մեկ լիտր ջուրը եռացնելու համար անհրաժեշտ է ջրի եռման ջերմաստիճանը բարձրացնել 10%-ով (այսինքն՝ 10 C-ով)։
Եռման ճնշման կախվածությունը
Հայտնի է, որ լեռներում, անկախ ջրի քիմիական բաղադրությունից, եռման ջերմաստիճանն ավելի ցածր կլինի։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ բարձրության վրա մթնոլորտային ճնշումն ավելի ցածր է: Նորմալ ճնշումը համարվում է 101,325 կՊա: Դրանով ջրի եռման կետը 100 աստիճան Ցելսիուս է։ Բայց եթե բարձրանաք մի լեռ, որտեղ ճնշումը միջինում 40 կՊա է, ապա ջուրը այնտեղ կեռա 75,88 C: Բայց դա չի նշանակում, որ լեռներում ճաշ պատրաստելը կտևի գրեթե կեսը: Արտադրանքի ջերմային մշակման համար անհրաժեշտ է որոշակի ջերմաստիճան։
Ենթադրվում է, որ ծովի մակարդակից 500 մ բարձրության վրա ջուրը կեռա 98,3 C, իսկ 3000 մ բարձրության վրա եռման ջերմաստիճանը կլինի 90 C:
Նկատենք, որ այս օրենքը գործում է նաև հակառակ ուղղությամբ. Եթե փակ կոլբայի մեջ հեղուկ են դնում, որի միջով գոլորշին չի կարող անցնել, ապա երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է և գոլորշի է գոյանում, ճնշումն այս կոլբայի մեջ կավելանա, իսկ բարձր ճնշման դեպքում եռումը տեղի կունենա ավելի բարձր ջերմաստիճանում: Օրինակ՝ 490,3 կՊա ճնշման դեպքում ջրի եռման կետը կլինի 151 C։
Եռացող թորած ջուր
Թորած ջուրը զտված ջուր է՝ առանց որևէ աղտոտման: Այն հաճախ օգտագործվում է բժշկական կամ տեխնիկական նպատակներով: Հաշվի առնելով, որ նման ջրի մեջ կեղտեր չկան, այն չի օգտագործվում ճաշ պատրաստելու համար։ Հետաքրքիր է նշել, որ թորած ջուրն ավելի արագ է եռում, քան սովորական քաղցրահամ ջուրը, սակայն եռման կետը մնում է նույնը՝ 100 աստիճան։ Այնուամենայնիվ, եռման ժամանակի տարբերությունը նվազագույն կլինի՝ վայրկյանի ընդամենը մի մասը:
թեյնիկի մեջ
Հաճախ մարդկանց հետաքրքրում է, թե թեյնիկում ինչ ջերմաստիճանի ջուր է եռում, քանի որ հենց այդ սարքերն են օգտագործում հեղուկները եռացնելու համար։ Հաշվի առնելով այն հանգամանքը, որ բնակարանում մթնոլորտային ճնշումը հավասար է ստանդարտին, իսկ օգտագործվող ջուրը չի պարունակում աղեր և այլ կեղտեր, որոնք չպետք է լինեն, ապա եռման ջերմաստիճանը նույնպես կլինի ստանդարտ՝ 100 աստիճան։ Բայց եթե ջուրը աղ է պարունակում, ապա եռման ջերմաստիճանը, ինչպես արդեն գիտենք, ավելի բարձր կլինի։
Եզրակացություն
Այժմ դուք գիտեք, թե ինչ ջերմաստիճանում է ջուրը եռում, և ինչպես է մթնոլորտային ճնշումը և հեղուկի բաղադրությունը ազդում այս գործընթացի վրա: Սրանում ոչ մի բարդ բան չկա, և երեխաները նման տեղեկատվություն ստանում են դպրոցում։ Հիմնական բանը, որ պետք է հիշել, այն է, որ ճնշման նվազման դեպքում հեղուկի եռման կետը նույնպես նվազում է, իսկ դրա ավելացման հետ այն նույնպես մեծանում է։
Ինտերնետում դուք կարող եք գտնել բազմաթիվ տարբեր աղյուսակներ, որոնք ցույց են տալիս հեղուկի եռման կետի կախվածությունը մթնոլորտային ճնշումից: Դրանք հասանելի են բոլորին և ակտիվորեն օգտագործվում են դպրոցականների, ուսանողների և նույնիսկ ինստիտուտների ուսուցիչների կողմից:
Ջրի եռման գործընթացըբաղկացած է երեք փուլից.
- առաջին փուլի սկիզբը - թեյնիկի ներքևից կամ որևէ այլ անոթից սահելը, որի մեջ ջուրը հասցվում է եռման, օդի փոքր փուչիկները և ջրի մակերևույթին նոր պղպջակների գոյացումներ: Աստիճանաբար նման փուչիկների թիվը մեծանում է։
- Երկրորդի վրա ջրի եռման փուլերըտեղի է ունենում պղպջակների զանգվածային արագ բարձրացում դեպի վեր՝ առաջացնելով սկզբում ջրի մի փոքր պղտորություն, որն այնուհետև վերածվում է «սպիտակեցման», որի դեպքում ջուրը աղբյուրի առվակի տեսք ունի։ Այս երեւույթը կոչվում է եռում սպիտակ բանալինև չափազանց կարճ:
- Երրորդ փուլն ուղեկցվում է ջրի թրթռման ինտենսիվ պրոցեսներով, մակերևույթի վրա մեծ պայթող պղպջակների և շաղ տալով: Մեծ քանակությամբ շաղ տալը նշանակում է, որ ջուրը ուժեղ եռացել է։
Ի դեպ, եթե սիրում եք մաքուր բնական ջրով եփած թեյ խմել, ապա դրա պատվերը կարող եք պատվիրել առանց տանից դուրս գալու՝ կայքում, օրինակ՝ http://www.aqualeader.ru/: Դրանից հետո ջուր մատակարարող ընկերությունը այն կբերի ձեր տուն։
Պարզ դիտորդները վաղուց ուշադրություն են դարձրել այն փաստին, որ եռացող ջրի բոլոր երեք փուլերն ուղեկցվում են տարբեր հնչյուններով։ Ջուրն առաջին փուլում նուրբ նուրբ ձայն է տալիս: Երկրորդ փուլում ձայնը վերածվում է աղմուկի, որը հիշեցնում է մեղուների պարսից բզզոցը։ Երրորդ փուլում եռացող ջրի ձայները կորցնում են իրենց միատեսակությունը եւ դառնում սուր ու բարձր՝ քաոսային աճով։
Բոլորը ջրի եռման փուլերըհեշտությամբ ստուգվում է փորձով: Սկսելով ջուրը տաքացնել բաց ապակե տարայի մեջ և պարբերաբար չափել ջերմաստիճանը, կարճ ժամանակ անց մենք կսկսենք դիտարկել տարայի հատակն ու պատերը ծածկող փուչիկները:
Եկեք ավելի ուշադիր նայենք պղպջակին, որը հայտնվում է ներքևի մասում: Աստիճանաբար մեծացնելով ծավալը՝ պղպջակը մեծացնում է նաև տաքացող ջրի հետ շփման տարածքը, որը դեռ բարձր ջերմաստիճանի չի հասել։ Սրա արդյունքում պղպջակի ներսում գոլորշին և օդը սառչում են, ինչի հետևանքով դրանց ճնշումը նվազում է, և ջրի ձգողականությունը պայթում է փուչիկը։ Հենց այս պահին ջուրն արձակում է եռման բնորոշ ձայն, որն առաջանում է այն վայրերում, որտեղ պղպջակները պայթում են տանկի հատակին ջրի բախման պատճառով։
Երբ ջրի ստորին շերտերում ջերմաստիճանը մոտենում է 100 աստիճան Ցելսիուսի, ներփուչիկների ճնշումը հավասարվում է դրանց վրա եղած ջրի ճնշմանը, ինչի արդյունքում փուչիկները աստիճանաբար ընդլայնվում են։ Պղպջակների ծավալի ավելացումը հանգեցնում է նաև դրանց վրա լողացող ուժի ազդեցության մեծացմանը, որի ազդեցության տակ ամենածավալուն փուչիկները պոկվում են տարայի պատերից և արագորեն բարձրանում դեպի վեր։ Այն դեպքում, երբ ջրի վերին շերտը դեռ չի հասել 100 աստիճանի, ապա պղպջակը, ընկնելով ավելի սառը ջրի մեջ, կորցնում է ջրի գոլորշիների մի մասը, որը խտանում է և մտնում ջուրը։ Այս դեպքում փուչիկները կրկին փոքրանում են չափերով և ընկնում ցած՝ ձգողականության ազդեցության տակ։ Ներքևի մոտ նրանք կրկին ծավալ են ստանում և բարձրանում վերև, և հենց փուչիկների չափերի այս փոփոխություններն են ստեղծում եռացող ջրի բնորոշ աղմուկը։
Երբ ջրի ամբողջ ծավալը հասնում է 100 աստիճանի, բարձրացող փուչիկները այլևս չափերով չեն նվազում, այլ պայթում են հենց ջրի մակերեսին: Այս դեպքում գոլորշին արտանետվում է դեպի դրս՝ ուղեկցվելով բնորոշ կարկաչով. սա նշանակում է, որ ջուրը եռում է. Ջերմաստիճանը, որի դեպքում հեղուկը հասնում է եռման, կախված է նրա ազատ մակերեսի ճնշումից: Որքան բարձր է ճնշումը, այնքան բարձր է պահանջվող ջերմաստիճանը և հակառակը։
Այդ ջուրը եռում է 100 աստիճան Ցելսիուս- հայտնի փաստ. Բայց արժե հաշվի առնել, որ նման ջերմաստիճանը վավեր է միայն նորմալ մթնոլորտային ճնշման պայմաններում (մոտ 101 կիլոպասկալ): Ճնշման մեծացման հետ մեկտեղ բարձրանում է նաև հեղուկի եռման ջերմաստիճանը: Օրինակ՝ ճնշման կաթսաներում սնունդը եփում են 200 կիլոպասկալի մոտենալու ճնշման տակ, որի դեպքում ջրի եռման ջերմաստիճանը 120 աստիճան է։ Այս ջերմաստիճանով ջրի մեջ եռումը շատ ավելի արագ է ընթանում, քան սովորական եռման կետում, այստեղից էլ թավայի անվանումը:
Համապատասխանաբար, ճնշման իջեցումը նվազեցնում է ջրի եռման կետը: Օրինակ, 3 կիլոմետր բարձրության վրա ապրող լեռնային շրջանների բնակիչները ջրի եռման ավելի արագ են հասնում, քան հարթավայրերի բնակիչները. եռացող ջրի բոլոր փուլերն ավելի արագ են տեղի ունենում, քանի որ դրա համար պահանջվում է ընդամենը 90 աստիճան 70 կիլոպասկալի ճնշման դեպքում: Բայց լեռների բնակիչները չեն կարող եփել, օրինակ, հավի ձուն, քանի որ նվազագույն ջերմաստիճանը, որի դեպքում սպիտակուցը մակարդվում է, ընդամենը 100 աստիճան Ցելսիուս է։
