Ångbildning: från vätska till gas
FörberedandeFysik
| Rad 1: | Rad 1: | ||
| - | Vi inleder med ett vardagligt exempel: Vatten tillförs värme tills det kokar vid <math>100^\circ C</math> och omvandlas till (vatten-) ånga. När temperaturen har nått <math>100^\circ C</math> börjar vattnet koka och temperaturen stannar vid <math>100^\circ C</math> medan vätskan omvandlas till vattenånga, dvs gas. | + | Vi inleder med ett vardagligt exempel: Vatten tillförs värme tills det kokar vid <math>100^\circ \mathrm{C}</math> och omvandlas till (vatten-) ånga. När temperaturen har nått <math>100^\circ \mathrm{C}</math> börjar vattnet koka och temperaturen stannar vid <math>100^\circ \mathrm{C}</math> medan vätskan omvandlas till vattenånga, dvs gas. |
[[Bild:kokar.jpg|right]] | [[Bild:kokar.jpg|right]] | ||
| Rad 12: | Rad 12: | ||
där <math>m</math> är den massa vätska som omvandlas till ånga, och | där <math>m</math> är den massa vätska som omvandlas till ånga, och | ||
| - | <math>h_{kok}= | + | <math>h_{kok}=2260 \,\mathrm{kJ/kg}</math>, |
är kokvärmet eller ångbildnings<i>entalpin</i>. | är kokvärmet eller ångbildnings<i>entalpin</i>. | ||
| Rad 19: | Rad 19: | ||
<i>Entalpi</i> kan sägas vara 'värme överfört vid konstant tryck'. | <i>Entalpi</i> kan sägas vara 'värme överfört vid konstant tryck'. | ||
| - | För att omvandla 1, | + | För att omvandla <math>1,0 \,\mathrm{kg}</math> vatten till vattenånga vid atmosfärstryck krävs |
| - | <math>Q=mh_{kok}= | + | <math>Q=mh_{kok}=2260 \,\mathrm{kJ}</math> |
vilket är nästan 10 gånger så mycket som det värme som krävs för att höja temperaturen i kranvatten till kokpunkten. | vilket är nästan 10 gånger så mycket som det värme som krävs för att höja temperaturen i kranvatten till kokpunkten. | ||
Nuvarande version
Vi inleder med ett vardagligt exempel: Vatten tillförs värme tills det kokar vid \displaystyle 100^\circ \mathrm{C} och omvandlas till (vatten-) ånga. När temperaturen har nått \displaystyle 100^\circ \mathrm{C} börjar vattnet koka och temperaturen stannar vid \displaystyle 100^\circ \mathrm{C} medan vätskan omvandlas till vattenånga, dvs gas.
Det tillförda värmet är inte relaterat till en temperaturökning utan till ångbildning och fasomvandling. Det beräknas med formeln:
\displaystyle Q=mh_{kok}
där \displaystyle m är den massa vätska som omvandlas till ånga, och
\displaystyle h_{kok}=2260 \,\mathrm{kJ/kg},
är kokvärmet eller ångbildningsentalpin.
Entalpi kan sägas vara 'värme överfört vid konstant tryck'.
För att omvandla \displaystyle 1,0 \,\mathrm{kg} vatten till vattenånga vid atmosfärstryck krävs
\displaystyle Q=mh_{kok}=2260 \,\mathrm{kJ}
vilket är nästan 10 gånger så mycket som det värme som krävs för att höja temperaturen i kranvatten till kokpunkten.
Den temperatur vid vilken vatten kokar och den förångningsentalpi som krävs varierar med trycket.
| Tryck | Temperatur | Kokvärme | |
|---|---|---|---|
| 10 MPa | 584 K | 311 °C | 1317 kJ/kg |
| 1,0 MPa | 453 K | 180 °C | 2015 kJ/kg |
| 100 kPa | 373 K | 100 °C | 2259 kJ/kg |
| 10 kPa | 319 K | 46 °C | 2393 kJ/kg |
Det finns tydliga skillnader mellan vätskan vatten och gasen vattenånga.
Om vi häller lite vatten i olika bägare ser vi att vattnet har en bestämd volym men anpassar sin form till formerna hos de olika bägarna. Det blir grundare i en bred bägare och djupare i en smal bägare.
Om vi istället försöker 'hälla' samma massa vattenånga i en bägare skulle vi behöva en 'bägare' som var mer en 1000 gånger större eftersom ånga har så mycket lägre densitet än vatten. Sedan skulle ångan antingen kondensera till vatten eller sprida ut sig i hela rummet.
Vi ger upp det försöket och i stället leder vi lite vattenånga in i en varm cylinder som är tillsluten av en varm kolv. Ångan kommer att justera sin volym tills den har samma temperatur som cylindern samtidigt som trycket i ångan motsvarar kraften från kolven.
Gasens vattenånga har varken bestämd volym eller bestämd form och dess volym varierar kraftigt med temperatur och tryck. Dessa egenskaper hos vattenånga leder oss in i de två sista avsnitten i detta kapitel:
