汽化熱是指在溫度保持不變的情況下單位質(zhì)量的液體轉(zhuǎn)化為氣體時(shí)所吸收的熱量,這個(gè)熱量也等于在這一溫度和一定的壓強(qiáng)下 (如在1大氣壓下) 單位質(zhì)量的氣態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液態(tài)時(shí)所放出的熱量。液體種類和汽化時(shí)的溫度不同的話汽化熱也不一樣,水在100℃時(shí)的汽化熱為539卡/克。
從微觀上看,氣體中比液體中分子間的平均距離大得多,液體分子間有較強(qiáng)的吸引力,物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí),一方面必須克服分子間的引力而作功,另一方面在汽化過程中體積增大時(shí),必須反抗外界壓力而作功。作功就需要消耗能量。
汽化時(shí)要保持物質(zhì)的溫度不變,因而就必須從外界輸入能量。這就是液體汽化時(shí)需要汽化熱的原因。如果汽化時(shí)不從外界補(bǔ)充能量,而使液體絕熱蒸發(fā),那么液體的溫度就要降低,這是獲得低溫的一種方法。例如,利用液氦的絕熱蒸發(fā),可獲得約0.7K的低溫。
汽化熱的影響因素有物質(zhì)的種類、汽化時(shí)的溫度和壓強(qiáng)。溫度升高時(shí),液體分子的平均動(dòng)能會(huì)增大,液態(tài)與氣態(tài)間的差別隨之縮小,故液體從外界獲得較少的能量就能汽化。當(dāng)溫度達(dá)到臨界溫度時(shí),氣態(tài)與液態(tài)間的差別完全消失。因此,汽化熱隨溫度的升高而減小,到臨界溫度時(shí),汽化熱為零。
常用單位為千焦/摩爾(或稱千焦耳/摩爾),千焦/千克亦有使用。其他仍在使用的單位包括 Btu/lb(英制單位,Btu為British Thermal Unit,lb為磅)、J/kg(焦耳/千克)、J/g(焦耳/克),由于歷史原因,至今有些書上仍用cal/g(卡/克)作量度單位。
由于汽化熱只改變物質(zhì)的相而不改變物質(zhì)的溫度,所以又稱汽化潛熱。
物質(zhì)由液態(tài)向氣成轉(zhuǎn)化過程稱為汽化。液體的汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種不同的形式,蒸發(fā)是發(fā)生在液體表面的汽化過程,在任何溫度下都能進(jìn)行,而沸騰是液體表面和內(nèi)部同是發(fā)生的劇烈汽化現(xiàn)象。
在一定的外界壓強(qiáng)下,沸騰只能在某一特定溫度(沸點(diǎn))發(fā)生,此時(shí)液體汽化突然加劇,在液體內(nèi)部大量形成氣泡上升,逸出液面破裂。不管是哪種汽經(jīng)過程,它的物理過程都是液體中一些熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能較大的分子飛離表面成為氣體分子,而隨著這些熱運(yùn)動(dòng)能較大的分子的逸出,液體的溫度將要下降,若要保持液體溫度不變,在汽化過程中就需要外界不煤氣發(fā)生站供給熱量。
通常定義單位質(zhì)量的液體在溫度保持不變的情況轉(zhuǎn)化為氣體時(shí)所吸收時(shí)熱量稱為為氣體時(shí)所吸收時(shí)熱量稱為該液體的比汽化熱。液體的比汽化的熱不但和液體的種類有著,而且和汽化時(shí)的溫度有關(guān),因?yàn)闇囟壬?,液相中分子和氣相分子的能量差別將逐漸減小,因而溫度升高液體的比汽化熱減小。
1、電冰箱:電冰箱中的工作物質(zhì),流到冰箱內(nèi)部時(shí)汽化吸熱,流到外部時(shí)液化放熱,這樣就將冰箱內(nèi)的熱量傳遞到外面,起到制冷作用。
2、灑水降溫:夏天,給地面灑水,水在蒸發(fā)過程需要吸收熱量,故周圍溫度會(huì)降低;
3、酒精擦身體:生病發(fā)燒時(shí)用酒精擦在身體上(或濕毛巾敷在身上),酒精(或水)蒸發(fā)吸收熱量,使身體降溫。
100℃時(shí)水的汽化熱為40.8千焦/摩爾,相當(dāng)于2260千焦/千克。一般地:使水在其沸點(diǎn)蒸發(fā)所需要的熱量的五倍等于把等量水從1℃加熱到100℃所需要的熱量。
通常采用混合法測(cè)定液體在大氣壓強(qiáng)下的汽化熱,通過測(cè)量水蒸汽充入水中凝結(jié)時(shí)放出的熱量來間接地測(cè)量水的比汽化熱。
注意事項(xiàng):
1、沒有很好地應(yīng)用抵償法。這一般是沒有及時(shí)停止通汽,致使熱量散失較多,這種情況在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中很容易發(fā)生。
2、通汽管道帶入水滴。這主要是指蒸汽通過管道時(shí)在管道內(nèi)壁凝結(jié)成水滴流入量熱杯中。另外還包括下面兩種情況:一是往燒瓶中加水時(shí)水很容易進(jìn)入燒瓶里面的玻璃管和橡皮管,粘附在管壁上,粘附的水滴雖然不多,但是其溫度與室溫近似相等,不同于蒸汽凝結(jié)成的水滴的溫度接近100℃;二是雖然加熱電爐的功率可以調(diào)節(jié),但學(xué)生實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)加熱時(shí)燒瓶中的水有時(shí)也會(huì)過激沸騰進(jìn)入玻璃管,流入量熱杯中,這往往會(huì)帶來很大的誤差。
3、攪拌時(shí)濺出了水,膠管、傳感器帶出了水。
4、水溫調(diào)得過低,致使量熱杯外結(jié)露。
5、測(cè)溫不準(zhǔn),如還未達(dá)平衡就讀數(shù)。
6、調(diào)水溫時(shí)把保溫杯中的冰塊加入到量熱杯中,冰塊未全部融化就充入蒸汽。
7、水未沸騰就通入蒸汽。
8、水蒸汽經(jīng)過一段管道,充入水中時(shí)溫度低于100℃,而計(jì)算時(shí) 取100℃。
操作步驟:
在量熱器的量熱杯內(nèi)裝上質(zhì)量為的水,鋁質(zhì)的量熱杯和攪拌器的質(zhì)量為,水和量熱杯、攪拌器的初溫為 ,然后往水中通入質(zhì)量為 、溫度為 (接近l00℃)的水蒸汽,最終達(dá)到平衡溫度 ,忽略與外界的熱交換,由熱平衡可得水的比汽化熱。