Temat : Badanie zależności temperatury wrzenia od ciśnienia.

1. Wstęp teoretyczny

Wrzenie odróżnia się od zwykłego parowania tym, że ma miejsce nie tylko na powierzchni cieczy, ale i w jej wnętrzu. Jest to proces burzliwego parowania w całej objętości cieczy, w której powstają wówczas pęcherzyki, wypływające ku górze i przerywające jej powierzchnię. Okazuje się, że w zjawisku tym zasadniczą rolę odgrywają pęcherzyki powietrza znajdujące się w cieczy i na ściankach naczynia.

Ponieważ ciśnienie w pęcherzyku jest większe od zewnętrznego, więc pęcherzyk znacznie rozszerza się, odrywa od ścianki i unosząc się do góry przerywa warstewkę powierzchniową cieczy; rozpoczyna się wrzenie. W ten sposób wyjaśnia się znany z doświadczenia fakt, że ciecz zaczyna wrzeć, gdy ciśnienie jej pary nasyconej stanie się równe ciśnieniu zewnętrznemu. Stąd wniosek; zmieniając ciśnienie, pod jakim znajduje się ciecz, można zmieniać jej temperaturę wrzenia. Nagrzewając, na przykład, wodę w zamkniętym naczyniu, pod ciśnieniem jej własnej pary, można znacznie podwyższyć temperaturę wrzenia w stosunku do temperatury wrzenia wody przy normalnym ciśnieniu (100°C). Odwrotnie, zmniejszając ciśnienie nad cieczą, można znacznie obniżyć jej temperaturę wrzenia. Przedmiotem doświadczenia jest zakres ciśnień mniejszych od ciśnienia zewnętrznego.

2. Schemat urządzenia pomiarowego

M- manometr, T – termometr, C – kolba z woda, A – chłodnica, B – zbiornik, K1 – K4 – kurki, P -

Pompa

3. Przebieg ćwiczenia

1. Pompką wodną wytworzyć ciśnienie ponad 200 mm Hg mniejsze od atmosferycznego

2. Podgrzewanie cieczy w kociołku aż do wrzenia

3. Odczytanie temperatury wrzenia na termometrze T umieszczonym w kociołku.

4. Zmniejszać ciśnienie i odczytywać zmiany temperatury, aż do uzyskania równowagi z punktu I.

5. Wyłączyć pompkę i odczytywać temperatury, pomiary powtórzyć dla każdej zmiany ciśnienia 2 razy.

6. Wykonać wykres zależności Cisnienia od temperatury

7. Wykonać wykres zależności $\text{Ln\ }\left( p \right)\text{od\ }\frac{1}{T}$

4. Tabela pomiarowa

lp.	p [ mm Hg ]	T2 [ ◦C ]	T2[ K ]	p[ mm Hg]	p [ hPa ]
1	283	91,3	364,3	480	273,861
2	200	92,6	365,6	563	432,621
3	163	94,4	367,4	600	512,001
4	140	95,2	368,2	623	617,841
5	130	95,8	368,8	633	697,221
6	98	97,1	370,1	665	512,001
7	86	97,5	370,5	677	795,123
8	72	98	371	691	810,231
9	52	98,7	371,7	711	854,432
10	50	98,8	371,8	713	882,441

5. Wykres zależności

Wykres temperatura wrzenia T [°K] - ciśnienie p[hPa].

$$\mathbf{a = \ }\frac{\mathbf{q}}{\mathbf{R}}\mathbf{\ ,\ q = aR}$$

R= (stała gazowa) 8,314472 $\frac{\mathbf{J}}{\mathbf{mol*K}}$

q = 8,314472*18,955 =157,6008168 $\frac{\mathbf{J}}{\mathbf{mol*K}}$

6. Podsumowanie i wnioski.

Z pomiaru zależności temperatury wrzenia wody od ciśnienia wynika, że wraz ze wzrostem ciśnienia następuje wzrost temperatury przy, której woda zaczyna wrzeć. Jest to zgodne z zasadą, że wzrost ciśnienia zewnętrznego prowadzić musi do wzrostu temperatury wrzenia. W naszym przypadku ciśnienie mm Hg zmniejszaliśmy wywołując podciśnienie. Wraz ze wzrostem ciśnienia hPa temperatura rośnie co widać na wykresie.