Jak najít energii potřebnou k odpařování: Komplexní průvodce

Vaporizace je fascinující proces, ke kterému dochází, když látka přechází z kapalného skupenství do plynného skupenství. Ať už jde o vodu vařící se na varné desce nebo o odpařování rozpouštědla z povrchu, pochopení energie potřebné k odpařování je zásadní v různých oblastech, včetně chemie, fyziky a inženýrství. V tomto článku prozkoumáme fyziku za odpařováním a naučíme se, jak vypočítat energii potřebnou k odpaření látky.

Fyzika za odpařováním

Role tepla při odpařování

Když se látka odpařuje, absorbuje energii ve formě tepla. Tato tepelná energie překonává mezimolekulární síly držící molekuly pohromadě v kapalném stavu, což jim umožňuje uvolnit se a přejít do plynného stavu. Množství tepla potřebné pro tuto fázovou změnu je známé jako odpařovací teplo.

Koncept latentního tepla

Výparné teplo se také nazývá latentní teplo. „Latentní“ znamená skrytý a v kontextu odpařování označuje tepelnou energii, která je absorbována nebo uvolněna během změny fáze, aniž by došlo ke změně teploty. Je to proto, že absorbované teplo se používá k rozbití mezimolekulárních vazeb, spíše než ke zvýšení kinetické energie molekul.

Přenos energie během odpařování

Při vaporizaci dochází k přenosu energie z okolí na odpařovanou látku. Tento přenos energie závisí na faktorech, jako je měrné teplo látky, tepelná kapacita a teplota zdroje tepla. Pochopení těchto faktorů nám umožňuje přesně vypočítat energii potřebnou k odpařování.

Jak vypočítat energii potřebnou k odpařování

Pochopení formule

Pro výpočet energie potřebné k odpaření látky můžeme použít vzorec:

Kde:
- představuje energii potřebnou k odpařování (v joulech).
- je hmotnost látky (v gramech).
- je výparné teplo (v joulech na gram).

Požadované parametry pro výpočet

Abychom mohli použít vzorec, musíme určit hmotnost odpařované látky a výparné teplo specifické pro tuto látku. Teplo vypařování lze nalézt v referenčních knihách nebo online databázích pro různé látky.

Proces výpočtu krok za krokem

Pojďme si projít procesem výpočtu krok za krokem pomocí výše uvedeného vzorce:

Krok 1: Určete hmotnost odpařované látky (m) v gramech.

Krok 2: Najděte výparné teplo ) látky v joulech na gram.

Krok 3: Vynásobte hmotnost látky výparným teplem, abyste zjistili energii potřebnou k odpařování (Q) v joulech.

Praktické příklady výpočtu energie potřebné k odpařování

Příklad 1: Výpočet energie potřebné k odpařování vody

Řekněme, že chceme vypočítat energii potřebnou k odpaření 100 gramů vody. Výparné teplo pro vodu je přibližně 40.7 kJ/mol. Abychom tuto hodnotu převedli na jouly na gram, musíme ji vydělit molární hmotností vody, která je asi 18.015 g/mol.

Zadáno:
– Hmotnost vody (m): 100 gramů
– Výparné teplo vody ): 40.7 kJ/mol / 18.015 g/mol

Výpočet hodnoty:

Na odpaření 226.2 gramů vody je tedy potřeba přibližně 100 kJ energie.

Příklad 2: Výpočet energie potřebné ke zvýšení teploty

Uvažujme jiný scénář, kdy chceme vypočítat energii potřebnou ke zvýšení teploty 50 gramů vody z 25 °C na bod varu při 100 °C. V tomto případě musíme započítat jak energii potřebnou ke zvýšení teploty (pomocí měrného tepla), tak energii potřebnou k odpařování.

Zadáno:
– Hmotnost vody (m): 50 gramů
– Měrné teplo vody: 4.18 J/g°C
– Počáteční teplota (T1): 25°C
– Konečná teplota (T2): 100°C
– Výparné teplo vody ): 40.7 kJ/mol / 18.015 g/mol

Krok 1: Vypočítejte energii potřebnou ke zvýšení teploty:

Výpočet hodnoty:

Krok 2: Vypočítejte energii potřebnou k odpařování:

Výpočet hodnoty:

Krok 3: Najděte celkovou potřebnou energii:

Výpočet hodnoty:

Ke zvýšení teploty 131050 gramů vody z 50 °C na bod varu a jejímu úplnému odpaření je tedy zapotřebí přibližně 25 XNUMX J energie.

Příklad 3: Určení, kolik energie je potřeba k odpaření

Řekněme, že máme vzorek etanolu o hmotnosti 250 gramů. Chceme určit, kolik energie je potřeba k úplnému odpaření etanolu, vzhledem k tomu, že jeho výparné teplo je 38.56 kJ/mol.

Zadáno:
– Hmotnost ethanolu (m): 250 gramů
– Teplo vypařování etanolu ): 38.56 kJ/mol / 46.07 g/mol

Výpočet hodnoty:

K úplnému odpaření 205.8 gramů etanolu je tedy zapotřebí přibližně 250 kJ energie.

Pochopení energie potřebné pro odpařování je zásadní v různých vědeckých a technických aplikacích. Použitím vzorce a pojmů uvedených v tomto článku můžete přesně vypočítat energii potřebnou k odpaření látky. Ať už studujete termodynamiku, chemii nebo jste prostě zvědaví na fyziku za fázovými přechody, zvládnutí výpočtu energie potřebné pro odpařování vám poskytne cenné poznatky o chování látek při různých teplotách a tlacích.

Numerické úlohy o tom, jak najít energii potřebnou k odpařování

1 problém:

Látka potřebuje 2000 J energie k odpaření 1 gramu. Pokud se odpaří 5 gramů látky, vypočítejte celkovou potřebnou energii.

Řešení:

Zadáno:
Energie potřebná k odpaření 1 gramu látky = 2000 J
Hmotnost odpařené látky = 5 gramů

Pro zjištění celkové potřebné energie můžeme použít vzorec:

Nahrazením daných hodnot,

Celková energie potřebná k odpaření 5 gramů látky je tedy 10000 XNUMX J.

2 problém:

Určitá kapalina vyžaduje 1500 J energie k odpaření 100 gramů. Vypočítejte energii potřebnou k odpaření 2.5 kg kapaliny.

Řešení:

Zadáno:
Energie potřebná k odpaření 100 gramů kapaliny = 1500 J
Hmotnost kapaliny, která se má odpařit = 2.5 kg

Abychom našli energii potřebnou k odpaření 2.5 kg kapaliny, můžeme nejprve převést hmotnost z kg na gramy:

Pomocí vzorce:

Nahrazením daných hodnot,

Energie potřebná k odpaření 2.5 kg kapaliny je tedy 3750000 J.

3 problém:

K odpaření 4800 gramů látky je potřeba 200 J energie. Kolik energie je potřeba k odpaření 3 kg stejné látky?

Řešení:

Zadáno:
Energie potřebná k odpaření 200 gramů látky = 4800 J
Hmotnost odpařované látky = 3 kg

Abychom našli energii potřebnou k odpaření 3 kg látky, můžeme nejprve převést hmotnost z kg na gramy:

Pomocí vzorce:

Nahrazením daných hodnot,

Energie potřebná k odpaření 3 kg látky je tedy 14400000 J.

Také čtení:

• Jak vypočítat magnetickou energii v MRI pro lepší zobrazování
• Jak zlepšit zaměření magnetické energie v urychlovačích částic pro pokročilý výzkum
• Jak vypočítat volnou energii systému
• Jak optimalizovat spotřebu elektrické energie v elektrických varných deskách pro úsporu energie
• Zákon zachování energie
• Jak odhadnout potenciál větrné energie v regionu
• Jak využít elastickou energii v systémech tlumení vibrací
• Jak měřit energii gama záření v radiační terapii
• Jak využít energii záření pro odsolování vody
• Jak určit energii v systému magnetické rezonance

TechieScience Core SME

Základní tým TechieScience pro malé a střední podniky je skupina zkušených odborníků z různých vědeckých a technických oborů včetně fyziky, chemie, technologie, elektroniky a elektrotechniky, automobilového průmyslu a strojního inženýrství. Náš tým spolupracuje na vytváření vysoce kvalitních, dobře prozkoumaných článků o široké škále vědeckých a technologických témat pro web TechieScience.com.

Všechny naše senior SME mají více než 7 let zkušeností v příslušných oborech. Jsou to buď profesionálové z pracovního průmyslu, nebo jsou spojeni s různými univerzitami. Odkazovat Naši autoři Stránka, kde se dozvíte o našich základních malých a středních podnicích.

techiescience.com