7-7 الحرارة الكامنة للتبخر - latent heat of vaporization

لكي يتحول السائل إلى بخار في نقطة غليانه فانه يحتاج إلى كمية من الحرارة يمتصها وتبقى كامنة ( مخزونة) في البخار من غير أن تتسبب في رفع درجة حرارته وعند سحب هذه الحرارة من البخار يعود الى سائل . لاحظ الشكل ( 7-23 )

ولقد وجد عمليا بأن الكيلوغرام الواحد من الماء الذي بدرجة 100C يحتاج إلى كمية من الحرارة تعادل 2260kJ ليتحول بخار بالدرجة نفسها وهذه الكمية تسمى الحرارة الكامنة لتبخر الماء النقي .

فالحرارة الكامنة للتبخر : هي كمية الحرارة اللازمة لتبخير كيلوغرام واحد من المادة السائلة بدرجة غليانها الطبيعية.
 

فالحرارة الكامنة لتبخير الماء بدرجة   2260k J /kg=100°C

6-7 التسامي - Sublimation

نشم احيانا رائحة لبعض المواد الصلبة ناتجة عن تحولها إلى الحالة الغازية مباشرة من غير أن تمر بالحالة السائلة .

من امثلة هذه المواد الفينولفثالين والكافور والمسك والعنبر والبخور وبعض المعطرات المستعملة في الحمامات والسيارات الى جانب الجليد .

فالتسامي هو تحول المادة من الحالة الصلبة الى الحالة الغازية دون المرور بحالة السيولة.

نشاط 6 : تأثير الضغط على نقطة غليان الماء

أدوات النشاط : وعاء صغير فيه ماء بارد , مفرغة هواء وقاعدتها , ناقوس زجاجي , محرار .

الخطوات :

- نضع الوعاء الذي يحوي الماء على قاعدة مفرغة الهواء .
- نغمر بصلة المحرار فيه ونقلب فوهة الناقوس الزجاجي بعد إحكام غلقه كما في الشكل ( 7-21 ).
- نشغل المفرغة فنقوم بتفريغ الهواء من الناقوس تدريجيا وببطء , وعند حد معين من التفريغ نلاحظ أن الماء يبدأ بالغليان وهو بارد كما تشير إلى ذلك قراءة المحرار المغمور بالماء .

وينجمد الماء بعد مدة من الزمن لو استمرينا فتفريغ الهواء من الناقوس أكثر فأكثر .

 

وتستثمر هذه الطريقة في عملية صناعة الدبس ومعجون الطماطم يوضع العصير في وعاء مفرغ من الهواء لتقليل الضغط المسلط عليه مما يؤدي على خفض درجة غليانه الطبيعية فيحصل تبخر سريع يؤدي إلى زيادة تركيزه بدرجة حرارية أقل مما كانت عليه في حالة الضغط الجوي الاعتيادي وبذلك نحافظ على مكوناته وتركيبه العضوي. وهذا يحصل أيضا في عملية تجفيف الحليب .
وعلى العكس مما ذكرناه سابقا فان زيادة الضغط على سطح السائل يؤدي إلى ارتفاع درجة غليانه كما في قدور الضغط .
إن أساس عمل قدور الضغط هو إحكام غلقها ماعدا فتحة صغيرة على الغطاء يوضع فوقها ثقلا متحركا يحدد مقدار الضغط فوق سطح السائل المتبخر وبذلك يعمل على زيادة الضغط إلى حد معين يمكن معه تحديد درجة غليان المحلول في إثناء الطبخ وهي درجة 120C , فيتم الطبخ بصورة جيدة وسريعة , وعند هذا الحد من الضغط فان الفتحة المغطاة بالثقل تسمح باخراج البخار الزائد ليثبت الضغط فوق المحلول في القدر وبذلك تثبت درجة حرارته . الشكل ( 7-22 ) .

ويجب الانتباه الى ضرورة تبرد القدر بما فيه قبل فتح غطاءه وذلك بصب الماء البارد فوقه أو تركه مدة زمنية مناسبة ليبرد .

 

إذا زيادة الضغط على سطح الماء يؤدي إلى ارتفاع نقطة غليانه عن نقطة الغليان الطبيعية .

نشاط 5 : نقطة غليان الماء

أدوات النشاط : وعاء زجاجي , ماء , محرار زئبقي , مصدر حرارة .

الخطوات :

- نضع الماء في الوعاء الزجاجي ثم نضعه على لهب المصدر الحراري كما موضح في الشكل فيبدأ الماء بالسخونة . وتتكون فقاعات هوائية داخل الماء ترتفع وتنفجر مع استمرارية التسخين .
- بعد مدة من الزمن حيث تثبت درجة حرارة الماء ( تثبت قراءة المحرار ) يحصل تبخر سريع في الماء يشمل جميع أجزاءه ويكون هذا مصحوبا بانفجارات لفقاعات بخارية كثيرة على سطحه . الشكل ( 7-20 )
- نعرض المحرار للبخار عند سطح السائل نلاحظ أن الدرجة الحرارية التي يشير اليها المحرار 100C تبقى إلى أن يتبخر جميع الماء .
إن هذه الحالة تسمى الغليان فالماء يبدأ بالغليان بدرجة 100C

تأتير تغيرات الضغط في درجة الغليان :

لتغير الضغط تأثير على درجة الغليان الطبيعية (نقطة الغليان) للسائل فعند انخفاض الضغط المسلط على سطح الماء يؤدي إلى خفض درجة غليانه عن نقطة غليانه الطبيعية .

الغليان - Boiling

 

يحدث التبخر عادة عند سطح السائل ويمكن كذلك أن يحدث تحت سطح السائل فيكون ذلك مصحوبا بأزيز وفوران وفقاعات مملوءة ببخار الماء ترتفع إلى السطح لتنفجر هناك . الشكل ( 7-19 )
 

ويحدث الغليان عند نقطة معينة من كل سائل تسمى نقطة الغليان الطبيعية للسائل . فالغليان هو عملية تحول السائل إلى بخار عند نقطة غليانه الطبيعية .

نشاط 4 : التبخر عملية تبريد

ضع على يدك بضع قطرات من سائل الكولونيا ( عطر ) ستشعر بعد برهة من الزمن برودة يدك وهذا يدل أن السائل تبخر نتيجة اكتسابه الحرارة اللازمة لتبخرة من اليد .

كما ان عمل المبردة الهوائية الاعتيادية يعتمد على أساس مرور الهواء على نشارة الخشب المبللة حيث يمتص الناء الحرارة اللازمة لتبخره من نشارة الخشب المبللة فيبرد المار خلال النشارة ويصل إلينا باردا .

ونستنتج من ذلك أن التبخر عملية تبريد .

 

التكاثف : Condensation

إذا اخذنا كمية حرارة من بخار فإن سرعة جزيئاته ستقل فتتقارب هذه الجزيئات من بعضها فتزداد القوى الجزيئية وتصبح مشابهة لما هو عليه في السائل وفي هذه الحالة نقول أن البخار قد تكثف أي تحول إلى سائل .

إن تحول بخار من حالته الغازية إلى حالته السائلة يسمى التكاثف .

وعلملية التكاثف عكس عملية التبخير .
فبخار أية مادة عندما يتكاثف يعطي حرارة إلى المحيط فالغيوم ( وهي بخار ماء في اعالي الجو ) بعد تكاثفها وتحولها إلى قطرات ماء متساقط ( مطر ) تجعل الجو إكثر دفئا وبخار الماء إذا ما أخذت منه كمية من الحرارة فإنه سيتكاثف ويكون واضحا في الشتاء عندما تتجمع قطرات الماء على السطح الداخلي لزجاج الغرف الدافئة المطلة على الفضاء الخارجي البارد .
 حيث يحتوي هواء الغرفة على كميات من بخار الماء , الشكل ( 7-17 )

 أو عند تكون قطرات ماء على الجدران الخارجية لزجاجة المياه الغازية الباردة لاحظ الشكل ( 7-18 )

نشاط 3 : الكحول اسرع تبخرا من الماء

أدوات النشاط : إناءان متماثللان , ماء , كحول.

الخطوات :

- نضع في أحد الإناءين كمية من الماء وفي الإناء الاخر نضع الكمية نفسها من الكحول .
- نتركها معرضين للجو مدة زمنية واحدة نجد أن النفص الحاصل في كمية الكحول أكثر مما في الماء . انظر الشكل ( 7-14 )

وهذا يدل على ان الكحول أسرع تبخرا من الماء .

واذا تعرض سطح السائل إلى تيارات هوائية سريعة فان ذلك يعمل على زيادة سرعة التبخر. انظر الشكل ( 7-15 )

في الايام التي تزداد فيها الرطوبة في الجو تقل سرعة عملية التبخر فالملابس التي تنشر في يوم رطب يتأخر جفافها كثيرا .

لكي يتحول السائل إلى بخار فأنه يحتاج إلى حرارة يمتصها من محيطه مما يؤدي إلى خفض درجة حرارة المحيط .