วิธีการกำหนดคะแนนเดือดด้วยความดัน

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• ทำความเข้าใจกับจุดเดือด
• กำลังคำนวณจุดเดือด
• คำเตือน
• สมการสำหรับคำนวณหาจุดเดือด
• การประมาณจุดเดือด
• การหาจุดเดือดโดยใช้ Nomographs
• การใช้เครื่องคิดเลขออนไลน์
• ใช้กราฟและตาราง

"หม้อที่เฝ้าระวังไม่เคยเดือด" อาจดูเหมือนเป็นความจริงขั้นสูงสุดเมื่อปรุงอาหาร แต่ภายใต้สถานการณ์ที่ถูกต้องหม้อจะเดือดเร็วกว่าที่คาดไว้ ไม่ว่าจะเป็นการตั้งแคมป์หรือวิชาเคมีการทำนายจุดเดือดอาจเป็นเรื่องท้าทาย

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

การหาจุดเดือดตามความดันสามารถทำได้โดยใช้สมการการประมาณค่า Nomographs เครื่องคำนวณออนไลน์ตารางและกราฟ

ทำความเข้าใจกับจุดเดือด

การต้มเกิดขึ้นเมื่อความดันไอของของเหลวเท่ากับความดันอากาศของบรรยากาศเหนือของเหลว ตัวอย่างเช่นที่ระดับน้ำทะเลน้ำเดือดที่ 212 ° F (100 ° C) เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้นปริมาณของบรรยากาศเหนือของเหลวจะลดลงดังนั้นอุณหภูมิของของเหลวจะลดลง โดยทั่วไปยิ่งความดันบรรยากาศลดลงอุณหภูมิการเดือดของของเหลวใด ๆ ก็จะลดลง นอกจากความดันบรรยากาศโครงสร้างโมเลกุลและแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของของเหลวจะส่งผลกระทบต่อจุดเดือด ของเหลวที่มีพันธะระหว่างโมเลกุลอ่อนจะเดือดโดยทั่วไปที่อุณหภูมิต่ำกว่าของเหลวที่มีพันธะระหว่างโมเลกุลที่แข็งแกร่ง

กำลังคำนวณจุดเดือด

การคำนวณจุดเดือดตามแรงกดสามารถทำได้โดยใช้สูตรที่แตกต่างกันหลายอย่าง สูตรเหล่านี้แตกต่างกันไปในความซับซ้อนและความแม่นยำ โดยทั่วไปหน่วยในการคำนวณเหล่านี้จะอยู่ในระบบเมตริกหรือระบบนานาชาติ (SI) ส่งผลให้อุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียส (^โอC) วิธีแปลงเป็นฟาเรนไฮต์ (^โอF) ใช้การแปลง T (° F) = T (° C) × 9 ÷ 5 + 32 โดยที่ T หมายถึงอุณหภูมิ สำหรับความดันบรรยากาศหน่วยความดันจะถูกยกเลิกดังนั้นหน่วยที่ใช้ไม่ว่าจะเป็น mmHg, บาร์, psi หรือหน่วยอื่น ๆ มีความสำคัญน้อยกว่าการตรวจสอบว่าการวัดความดันทั้งหมดเป็นหน่วยเดียวกัน

สูตรหนึ่งในการคำนวณหาจุดเดือดของน้ำใช้จุดเดือดที่รู้จักที่ระดับน้ำทะเล 100 ° C, ความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลและความดันบรรยากาศในเวลาและระดับความสูงที่เดือดเกิดขึ้น

สูตร BPcorr = BPobs - (Pobs - 760mmHg) x 0.045 ^โอสามารถใช้ C / mmHg เพื่อค้นหาอุณหภูมิการต้มที่ไม่ทราบค่าสำหรับน้ำ

ในสูตรนี้ BPcorr หมายถึงจุดเดือดที่ระดับน้ำทะเล BPobs คืออุณหภูมิที่ไม่รู้จักและ Pobs หมายถึงความดันบรรยากาศที่ตำแหน่ง ค่า 760mmHg คือความดันบรรยากาศมาตรฐานในหน่วยมิลลิเมตรของปรอทที่ระดับน้ำทะเลและ 0.045^โอC / mmHg เป็นการเปลี่ยนแปลงโดยประมาณของอุณหภูมิน้ำโดยการเปลี่ยนแปลงของปรอทในแต่ละมิลลิเมตร

หากความดันบรรยากาศเท่ากับ 600 mmHg และจุดเดือดไม่ทราบที่ความดันนั้นสมการจะกลายเป็น 100 ° C = BPobs- (600mmHg-760mmHg) x0.045 ° C / mmHg

การคำนวณสมการให้ 100 ° C = BPobs - (- 160mmHg) x0.045 ° C / mmHg ประยุกต์ได้ง่าย 100 ° C = BPobs + 7.2 หน่วย mmHg ยกเลิกซึ่งกันและกันออกจากหน่วยเป็นองศาเซลเซียส แก้ไขสำหรับจุดเดือดที่ 600mmHg สมการจะกลายเป็น: BPobs = 100 ° C-7.2 ° C = 92.8 ° C ดังนั้นจุดเดือดของน้ำที่ 600mmHg ซึ่งมีความสูงประมาณ 6400 ฟุตเหนือระดับน้ำทะเลจะเป็น 92.8 ° C หรือ 92.8x9 ÷ 5 + 32 = 199 ° F

คำเตือน

สมการสำหรับคำนวณหาจุดเดือด

สมการรายละเอียดด้านบนใช้ความสัมพันธ์ที่รู้จักกับความดันและอุณหภูมิกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่รู้จักกับการเปลี่ยนแปลงของความดัน วิธีอื่น ๆ สำหรับการคำนวณจุดเดือดของของเหลวตามความดันบรรยากาศเช่นสมการ Clausius – Clapeyron รวมปัจจัยเพิ่มเติมเข้าด้วยกัน ยกตัวอย่างเช่นในสมการ Clausius-Clapeyron สมการได้รวม log ธรรมชาติ (ln) ของความดันเริ่มต้นหารด้วยความดันสิ้นสุดความร้อนแฝง (L) ของวัสดุและค่าคงที่ของก๊าซสากล (R) ความร้อนแฝงเกี่ยวข้องกับแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลซึ่งเป็นคุณสมบัติของวัสดุที่มีอิทธิพลต่ออัตราการระเหย วัสดุที่มีความร้อนแฝงที่สูงกว่านั้นต้องการพลังงานในการต้มมากขึ้นเนื่องจากโมเลกุลมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน

การประมาณจุดเดือด

โดยทั่วไปการประมาณของการลดลงของจุดเดือดสำหรับน้ำสามารถทำได้ขึ้นอยู่กับระดับความสูง สำหรับทุก ๆ 500 ฟุตในระดับความสูงจุดเดือดของน้ำจะลดลงประมาณ 0.9 ° F

การหาจุดเดือดโดยใช้ Nomographs

สามารถใช้ Nomograph เพื่อประเมินจุดเดือดของของเหลว Nomographs ใช้เครื่องชั่งสามเครื่องเพื่อทำนายจุดเดือด แผ่นป้ายชื่อแสดงระดับอุณหภูมิจุดเดือด, อุณหภูมิจุดเดือดที่ระดับความดันน้ำทะเลและระดับความดันทั่วไป

หากต้องการใช้ Nomograph ให้เชื่อมต่อค่าที่ทราบสองค่าโดยใช้ไม้บรรทัดและอ่านค่าที่ไม่รู้จักในระดับที่สาม เริ่มต้นด้วยหนึ่งในค่าที่รู้จัก ตัวอย่างเช่นหากทราบว่ามีจุดเดือดที่ระดับน้ำทะเลและทราบแรงกดดันความกดอากาศได้ให้เชื่อมต่อจุดสองจุดเหล่านั้นกับไม้บรรทัด การขยายสายจากทั้งสองรู้จักเชื่อมต่อแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิจุดเดือดที่ระดับความสูงที่ควรจะเป็น ในทางกลับกันหากรู้จักอุณหภูมิของจุดเดือดและเป็นที่รู้จักของจุดเดือดที่ระดับน้ำทะเลให้ใช้ไม้บรรทัดเพื่อต่อจุดสองจุดขยายเส้นเพื่อหาความดันบรรยากาศ

การใช้เครื่องคิดเลขออนไลน์

เครื่องคิดเลขออนไลน์หลายเครื่องมีอุณหภูมิจุดเดือดที่ระดับความสูงต่างกัน เครื่องคิดเลขจำนวนมากแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดันบรรยากาศและจุดเดือดของน้ำ แต่ส่วนอื่น ๆ แสดงสารประกอบทั่วไปเพิ่มเติม

ใช้กราฟและตาราง

กราฟและตารางของจุดเดือดของของเหลวจำนวนมากได้รับการพัฒนา ในกรณีของตารางจะมีจุดเดือดของของเหลวปรากฏขึ้นสำหรับความดันบรรยากาศที่แตกต่างกัน ในบางกรณีตารางแสดงเพียงของเหลวเดียวและจุดเดือดที่แรงกดดันต่าง ๆ ในกรณีอื่นอาจแสดงของเหลวหลายอย่างที่ความดันต่างกัน

กราฟแสดงเส้นโค้งจุดเดือดตามอุณหภูมิและความกดอากาศ กราฟเช่น Nomograph ใช้ค่าที่รู้จักกันเพื่อสร้างเส้นโค้งหรือเช่นเดียวกับสมการ Clausius-Clapeyron ให้ใช้บันทึกธรรมชาติของความดันเพื่อพัฒนาเป็นเส้นตรง เส้นกราฟแสดงความสัมพันธ์ของจุดเดือดที่ทราบซึ่งกำหนดค่าความดันและอุณหภูมิ การรู้ค่าหนึ่งค่าทำตามบรรทัดค่าไปยังบรรทัดความดันอุณหภูมิกราฟแล้วหมุนไปที่แกนอื่นเพื่อกำหนดค่าที่ไม่รู้จัก