Σημείο βρασμού και σχετική υγρασία

[CostasV]

Μας νοιάζει καθαρά και μόνο η πίεση του ατμού (μερική πίεση)....

 

Ναι, αλλά ποιά πίεση εννοείς πίεση του ατμού; Την μερική πίεση του ατμού (που για 81.7 deg C και 100% σχετική υγρασία, ισούται με 1/2 bar) που βρίσκεται υπό την μορφή υδρατμών στην ατμόσφαιρα, ή την μερική πίεση του ατμού που θα δημιουργηθεί από τον βρασμό (και που αν συμβεί ο βρασμός στους 100 deg C, τότε θα έχουμε πίεση 1 bar)

 

Αν σκεφτούμαι ότι ο βρασμός αφορά τη μάζα του νερού είναι προφανές ότι δεν παίζει ρόλο η ατμοσφαιρική υγρασία. Εκείνη η φυσαλίδα που λέγαμε...

Συμφωνούμε.

 

 

Με αφορμή αυτή τη συζήτηση σκέφτικα κάτι για πρώτη φορά:

 

Κλείνουμε το καπάκι σε μια χύτρα και αρχίζουμε να ζεσταίνουμε το νερό. Ας υποθέσουμε ότι η διαστολή του αέρα είναι αμεληταία και δεν δημιουργεί αύξηση της πίεσης. Επίσης υποθέτουμε ότι ξεκινάμε με ξηρό αέρα. Αν δεν υπάρχει βαλβίδα ανακούφισης το νερό δε θα βράσει! Μόνο θα εξατμίζεται.

 

Όταν το νερό φτάσει στους 100C η πίεση θα είναι 1bar από την ατμοσφαιρική συν την πίεση από τους ατμούς που εξατμίστικαν. Οι ατμοί εξατμίστικαν μέχρι η μερική τους πίεση να γίνει 1bar. Άρα το νερό βρίσκεται υπό πίεση 2bar και δεν βράζει!

Πώς προέκυψε το 2 bar; Εάν υπάρχει πίεση 1 bar στο δοχείο και η πίεση ατμών του νερού φθάσει το 1 bar, τότε ΔΕΝ θα έχουμε 2 bar. Θα έχουμε 1 bar, τουλάχιστον αρχικά. Καθώς θα αυξάνει ο όγκος της αέριας φάσης, θα αυξάνει και η πίεση, βέβαια και κάποια στιγμή θα φθάσει ίσως η πίεση στα 2 ή και 3 ή και περισσότερα bar, όχι επειδή η πίεση ατμών θα είναι τόσο αλλά επειδή θα έχει εξατμιστεί μεγάλη ποσότητα νερού, χωρίς να βράσει.

 

Η θέρμανσή του όμως συνεχίζεται, η θερμοκρασία του αυξάνει και συνεπώς αυξάνει η μερική πίεση των υδρατμών. Το νερό θα βρίσκεται πάντα υπό πίεση ίση με την πίεση κορεσμού + το αρχικό 1bar του αέρα! Το νερό δεν θα βράσει μέχρι να ανοίξει η βαλβίδα ασφαλείας. Τότε θα σταθεροποιηθεί η πίεση αλλά η θερμοκρασία του θα συνεχίζει να ανεβαίνει, μέχρι που η πίεση κορεσμού να γίνει ίση με την πίεση που επιτρέπει η βαλβίδα. Τότε θα αρχίσει ο βρασμός.

 

Συμφωνώ σε όλα εκτός από το υπό πίεση ίση με την πίεση κορεσμού + το αρχικό 1bar του αέρα!

[nab]

ΣΥμφωνώ με CostasV, milto σε χάσαμε...πάνω που είχαμε βγάλει μια άκρη. Α και θα ήθελα να πω ότι από την ταπεινή μου εμπειρία τα βασικά φαινόμενα είναι και τα δυσκολότερα...ένα advanced πρόβλημα βρασμού έχει αντικειμενική δυσκολία!

[miltos]

 

1)Ναι, αλλά ποιά πίεση εννοείς πίεση του ατμού; Την μερική πίεση του ατμού (που για 81.7 deg C και 100% σχετική υγρασία, ισούται με 1/2 bar) που βρίσκεται υπό την μορφή υδρατμών στην ατμόσφαιρα, ή την μερική πίεση του ατμού που θα δημιουργηθεί από τον βρασμό (και που αν συμβεί ο βρασμός στους 100 deg C, τότε θα έχουμε πίεση 1 bar)

 

2)Πώς προέκυψε το 2 bar; Εάν υπάρχει πίεση 1 bar στο δοχείο και η πίεση ατμών του νερού φθάσει το 1 bar, τότε ΔΕΝ θα έχουμε 2 bar. Θα έχουμε 1 bar, τουλάχιστον αρχικά. Καθώς θα αυξάνει ο όγκος της αέριας φάσης, θα αυξάνει και η πίεση, βέβαια και κάποια στιγμή θα φθάσει ίσως η πίεση στα 2 ή και 3 ή και περισσότερα bar, όχι επειδή η πίεση ατμών θα είναι τόσο αλλά επειδή θα έχει εξατμιστεί μεγάλη ποσότητα νερού, χωρίς να βράσει.

 

3)Συμφωνώ σε όλα εκτός από το υπό πίεση ίση με την πίεση κορεσμού + το αρχικό 1bar του αέρα!

 

1)Η πίεση του ατμού στην ατμόσφαιρα τελικά δεν επηρεάζει. Σκέψου ότι όταν το νερό ζεσταίνεται σε ένα μπρίκι και αρχίζει έντονη εξάτμιση, η πίεση των ατμών πάνω από το νερό δεν έχει καμιά σχέση με την πίεση των ατμών στο υπόλοιπο δωμάτιο.

 

 

2)P= Pαέρα + Pυδρατμών

όπου:

P η (ολική) πίεση στη χύτρα

Pαέρα η μερική πίεση του αέρα που είναι ίση με την πίεση που είχε ο αέρας όταν κλείσαμε το καπάκι της χύτρας δηλαδή 1bar

Pυδρατμών η μερική πίεση των υδρατμών, που είναι ίση με την πίεση κορεσμού

 

Η συνεχής εξάτμιση προσθέτει υδρατμούς οπότε αυξάνεται η μερική πίεση αυτών. Άρα η εξάτμιση κάπου θα σταματήσει αν δεν αναιβεί κι άλλο η θερμοκρασία. Λογικό δεν είναι?

[CostasV]

1)Η πίεση του ατμού στην ατμόσφαιρα τελικά δεν επηρεάζει. Σκέψου ότι όταν το νερό ζεσταίνεται σε ένα μπρίκι και αρχίζει έντονη εξάτμιση, η πίεση των ατμών πάνω από το νερό δεν έχει καμιά σχέση με την πίεση των ατμών στο υπόλοιπο δωμάτιο.

Ωπα. Εάν με το "πίεση ατμών" ονομάζεις την αναλογία των υδρατμών στην ατμόσφαιρα, εντάξει. Οι υδρατμοί δεν είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι στο δωμάτιο, οπότε η τοπική τιμή της πίεσης ατμών διαφέρει από σημείο σε σημείο. Αλλά, εάν με το πίεση ατμών, ονομάζουμε την πίεση ισορροπίας μεταξύ υγρής και αέριας φάσης, τότε, καθώς αυτή η πίεση εξαρτάται μόνο από την θερμοκρασία, τότε η πίεση ατμών, εφόσον το δωμάτιο έχει σταθερή θερμοκρασία, είναι σταθερή σε όλο το δωμάτιο.

 

Ας κρατήσουμε αυτό που είπες : Η πίεση του ατμού στην ατμόσφαιρα τελικά δεν επηρεάζει [το σημείο βρασμού]

 

 

Μάλλον πρέπει να χρησιμοποιούμε τους όρους

Μερική πίεση ατμών : για την αναλογία της υπάρχουσας υγρασίας στην ατμόσφαιρα

Πίεση κορεσμού : για την πίεση ατμών

 

 

2)P= Pαέρα + Pυδρατμών

όπου:

P η (ολική) πίεση στη χύτρα

Pαέρα η μερική πίεση του αέρα που είναι ίση με την πίεση που είχε ο αέρας όταν κλείσαμε το καπάκι της χύτρας δηλαδή 1bar

Pυδρατμών η μερική πίεση των υδρατμών, που είναι ίση με την πίεση κορεσμού

 

Η συνεχής εξάτμιση προσθέτει υδρατμούς οπότε αυξάνεται η μερική πίεση αυτών. Άρα η εξάτμιση κάπου θα σταματήσει αν δεν αναιβεί κι άλλο η θερμοκρασία. Λογικό δεν είναι?

Πάλι ανακύπτει το τι ονομάζουμε πίεση υδρατμών (Pυδρατμών).

Εάν, με κάποιο τρόπο, φέρουμε την θερμοκρασία του νερού που πρόκειται να βράσει από τους π.χ. 20 deg C στους 99.9 deg C, έτσι ώστε να μην προλάβει να εξατμιστεί καθόλου νερό, τότε μόλις το νερό φθάσει στους 100 deg C, η πίεση ατμών του θα γίνει ίση με 1 bar και θα σχηματιστεί η πρώτη μπουρμπουλήθρα, προσθέτοντας μία μικρή ποσότητα ατμών στην αέρια φάση (αέρας) πάνω από την ελεύθερη επιφάνεια του νερού. Αυτή η ποσότητα ΔΕΝ θα προλάβει να αυξήσει τον όγκο της αέριας φάσης, και άρα, η πίεση της αέριας φάσης (και όλου του συστήματος) θα παραμείνει 1 bar. Ωστόσο θα έχουμε ταυτόχρονα εκείνη την στιγμή, την συνθήκη : η πίεση ατμών του νερού είναι ίση με 1 bar, διότι το νερό θα βράζει.

 

Με την εισαγωγή ολοένας και μεγαλύτερης ποσότητας υδρατμών στο κλειστό δοχείο, θα ανεβαίνει φυσικά η πίεση, και (όπως σωστά είπες) αυτό θα έχει αποτέλεσμα την αναστολή του βρασμού ως ένα σημείο.

 

Καλύτερα να χρησιμοποιώ τους όρους:

Μερική πίεση ατμών : για την αναλογία των ατμών στην ατμόσφαιρα

Πίεση κορεσμού : για την θεωρητική πίεση ισορροπίας ατμών και υγρού

[miltos]

Κώστα συμφωνώ με τον ορισμό της μερικής πίεσης. Όμως πίεση κορεσμού είναι η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει η μερική πίεση των ατμών.

 

Παραπάνω όπου αναφέρομαι σε πίεση ατμών εννοώ την μερική. Δεν υπάρχει διαχωρισμός. Η ολική πίεση του μίγματος στο οποίο βρίσκονται οι ατμοί δεν παίζει κανένα ρόλο στο φαινόμενο του βρασμού-εξάτμισης.

[CostasV]

Κώστα συμφωνώ με τον ορισμό της μερικής πίεσης. Όμως πίεση κορεσμού είναι η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει η μερική πίεση των ατμών.

 

Παραπάνω όπου αναφέρομαι σε πίεση ατμών εννοώ την μερική. Δεν υπάρχει διαχωρισμός. Η ολική πίεση του μίγματος στο οποίο βρίσκονται οι ατμοί δεν παίζει κανένα ρόλο στο φαινόμενο του βρασμού-εξάτμισης.

 

 

Μίλτο, γιατί με παιδεύεις; Αφού προηγουμένως είπαμε ότι η (ολική) πίεση που ασκείται πάνω στην ελεύθερη επιφάνεια του υγρού (και που μπορεί να έχει οποιαδήποτε σύσταση, ακόμη και με 100% κορεσμένους ατμούς από το ίδιο το υγρό), είναι η μόνη παράμετρος που επιδρά στην θερμοκρασία βρασμού.

[miltos]

Απλά σκέψου ότι για να ελέγξω την ύπαρξη ατμών σε οποιοδήποτε σημείο, είτε πρόκειται για βρασμό είτε για εξάτμιση κοιτάω τη μερική τους πίεση. Αν μιλάμε για ατμούς μέσα στη μάζα του υγρού, δηλαδή για βρασμό, η μερική πίεση είναι ίση με την ολική πίεση πάνω από την επιφάνεια.

[aginor]

τελικα τι θελει να κανει αυτος που ξεκινησε το post???

ειναι σπαζοκεφαλια ή εχει καποια συγγεκριμενη εφαρμογη??

[nab]

Εγώ ξεκίνησα το post γιατί ΔΕΝ ξέρω την απάντηση... δεν είναι εφαρμογή αλλά απορία κατανόησης. Γι'αυτό και ονόμασα το post Ερώτηση βαθιάς κατανόησης και γι'αυτό μάλιστα είπα στο αρχικό post "...φοβάμαι ότι ανοίγω το ασκί του αιόλου" διότι πραγματικά νομίζω ότι είναι μία ερώτηση δύσκολη στο να απαντηθεί.

Όσον αφορά το παράδειγμα του miltοu νομίζω το νερό και παγιδευμένος αέρας στην κατσαρόλα ΔΕΝ είναι καθαρή ουσία και δε μπορεί να εξηγηθεί πλήρως με τις έννοιες της θερμοδυναμικής καθαρών ουσιών. Ίσως και η σχέση σχετικής υγρασίας και σημείου βρασμού (η αρχική μου ερώτηση δηλαδή) να είναι επίσης θέμα θερμοδυναμικής μιγμάτων την οποία και δεν κατέχω...

[miltos]

Αν θέλεις να διαπιστώσεις πρακτικά αν υπάρχει σχέση μεταξύ σχετικής υγρασίας και θερμοκρασίας βρασμού κάνε το εξής απλό πείραμα.

 

Βάλε νερό σε μια κατσαρόλα και άρχισε να το ζεσταίνεις. Βάλε το καπάκι και βεβαιώσου ότι αφήνει μικρό κενό, δηλαδή ότι δεν σφραγίζει πλήρως. Τότε πετυχαίνεις να έχεις πάνω από το νερό περιβάλλον πρακτικά κορεσμένο από υδρατμούς (100% σχετική υγρασία) και σε πίεση 1bar. Αν υπήρχε σχέση θερμοκρασίας βρσμού-σχετικής υγρασίας θα έπρεπε το νερό να βράσει στους 80+C όπως έγραψε παραπάνω ο Κώστας.