Требуется ли больше энергии для испарения литра воды в вакууме, и если да, то почему?

Я получил эту информацию и хочу знать, верна ли она, и если да, то почему для испарения воды в вакууме требуется больше энергии, чем в отсутствие вакуума?

Вакуум:

требуется 4200 Дж/кг, чтобы повысить температуру воды на 1°C, поэтому для 1 кг воды требуется ((50°C-25°C)×4200 Дж) = 105 кДж энергии, которая должна быть доведена от 25°C до 50°С. Затем, чтобы полностью испарить этот кг воды, вам потребуется 2386 кДж, то есть примерно в 23 раза больше энергии нагрева. Суммарная энергия (2386+105) =2491 кДж

Атмосферный

требуется 4200 Дж/кг, чтобы повысить температуру воды на 1°C, поэтому 1 кг воды требует ((100°C-25°C)×4200 Дж) = 315 кДж энергии, чтобы довести ее от 25°C до 100°С. Затем, чтобы полностью испарить этот кг воды, вам потребуется 2260 кДж, то есть примерно в 7 раз больше энергии нагрева. Суммарная энергия (2260 + 315) составляет 2575 кДж.

Я не уверен, как вы получили свой вопрос из вашей цитаты. 105 кДж/кг в вакууме и 315 кДж/кг в атмосфере — это определенно меньше энергии в вакууме.
Можете ли вы сказать, откуда вы взяли эту информацию? Я думаю, было бы наоборот, для испарения воды в вакууме потребовалось бы МЕНЬШЕ энергии, а не больше энергии
Каково значение температуры в вашем вопросе - 25°С, 50°С и 100°С? Помните, что воде не нужно кипеть, чтобы испариться. Испарение происходит, когда давление пара воды при некоторой температуре больше, чем парциальное давление водяного пара в окружающей атмосфере, а кипение происходит, когда давление пара больше, чем полное давление окружающей атмосферы.
Вода спокойно кипит до 0 градусов Цельсия в вакууме, дополнительная энергия не требуется. За фазовый переход платит тепло воды до тех пор, пока она не замерзнет (тогда она начнет сублимировать, а не испаряться). Он также будет медленно испаряться за счет собственного тепла (но не кипеть) в атмосфере, например, когда ваша посуда высыхает и т. д.
@AndyNewman - меньше энергии для достижения точки кипения при 50 ° C, но для поддержания испарения требуется сравнительно больше энергии, чем требуется для достижения точки кипения.
@SolomonSlow Значение температуры заключается в том, что вода будет кипеть при более низкой температуре (скажем, 50 ° C) при некотором вакууме, поэтому для достижения точки кипения и принудительного испарения требуется меньше тепла (энергии). Но тогда, согласно моему источнику информации и вопреки интуиции, для поддержания этого кипения и полного испарения воды требуется не намного меньше энергии, чем в стандартной атмосфере. Итак, я пытаюсь понять, почему для поддержания кипения требуется примерно в 23 раза больше энергии, чем необходимо для первоначального кипячения, в то время как при стандартной атмосфере только примерно в 7 раз больше.
@silverrahul - я спрашиваю, потому что согласен с вами - казалось бы, все наоборот. Мой источник информации - производитель вакуумных котлов.
Можем ли мы уточнить - поддерживаем ли мы кипение в вакууме, или в контейнере, который был вакуумом, когда мы начали процесс испарения, но теперь заполняется паром?

Ответы (2)

Температура кипения воды зависит от давления, при котором ее заставляют кипеть. Благодаря этому вода будет кипеть в широком диапазоне температур, вплоть до своей критической температуры 374°С, при давлении 217,7 атм, что является критической температурой и критическим давлением соответственно.

Если вы проведете эксперимент, в котором вы поместите 1 литр воды в двухлитровый закрытый сосуд и убедитесь, что только водяной пар заполняет пространство для пара, вы обнаружите, что плотность жидкой воды и водяного пара зависит от температуры. По мере повышения температуры плотность жидкости снижается (как и ожидалось), а плотность пара увеличивается, поскольку давление пара над водой увеличивается с температурой, в результате чего больше воды испаряется в паровую фазу (т. е. давление увеличивается). Этот эффект продолжается до критической точки, где плотность жидкости и плотность пара становятся равными. При критической температуре и выше в сосуде существует только одна фаза воды (сверхкритическая фаза). Очевидно, что в этот момент вы не можете вскипятить воду, потому что отдельных жидких и паровых фаз больше не существует.

Итак, для ответа на вопрос «требуется ли больше энергии для испарения литра воды в вакууме, и если да, то почему?», заметим, что в критической точке теплота парообразования воды обращается в нуль. По мере того, как давление и температура упомянутого выше контейнера снижаются от критической точки, теплота парообразования воды увеличивается. Поскольку испарение в условиях низкого давления (т.е. в условиях вакуума) происходит при низких температурах, для испарения данного количества воды требуется больше энергии, чем при стандартных условиях (например, 1 атмосфера). Как бы парадоксально это ни звучало, испарение (или кипение) воды в условиях вакуума происходит при низкой температуре, но для испарения заданного количества воды в этих условиях требуется больше тепла. Однако обратите внимание на одно предостережение: этот вывод основан только на испарении (также известном как кипение) воды при постоянной температуре, что означает, что вода уже находится в точке кипения, и нет нагревания, чтобы довести ее до точки кипения. Если такой подогрев необходим, вам нужно будет указать начальную температуру воды, несколько конечных температур (или давлений), которые вас интересуют, и оценить каждую ситуацию, чтобы определить общее количество необходимого тепла.

Спасибо... У меня такое чувство, что вы знаете, о чем говорите. Но вы сказали: «Как бы нелогично это ни звучало, испарение (или кипение) воды в условиях вакуума происходит при низкой температуре, но для испарения данного количества воды в этих условиях требуется больше тепла». Разве это не то же самое, что сказать: при более низкой температуре вам нужно больше тепла, чтобы выполнить работу? Контринтуитивный - это мягко сказано :-)
@ Оуэн «температура» не означает то же самое, что «тепло». Тепло легко объяснить: если говорить на языке термодинамики, тепло эквивалентно энергии. С температурой сложнее: я не физик и, возможно, не совсем правильно пойму, но она пропорциональна чему-то вроде средней кинетической энергии молекул вещества.
@ Оуэн, «больше тепла для испарения ...» означает больше энергии для разрыва связей, которые удерживают молекулы H2O близко друг к другу в жидкой воде. Если молекулы не обладают большой кинетической энергией (низкая температура), то логично, что для их разрыва потребуется больше энергии. Выше критической температуры, о которой говорил Дэвид Уайт, у них уже достаточно энергии, чтобы отделиться друг от друга без дополнительного нагрева.
@ Оуэн, потерпи немного. На мой взгляд, обычное использование английского языка имеет тенденцию приводить к неверным представлениям о физике. Тепло не "горячее"... это энергия. Температура говорит вам, насколько сконцентрирована эта энергия, но джоуль есть джоуль и есть джоуль, независимо от того, какая существует температура. Эту концепцию трудно принять, потому что «все знают», что тепло — это жарко (надеюсь, вы поняли мой намек на это утверждение). И отвечая на ваше первое предложение, да, я знаю, о чем говорю. У меня есть степень магистра в области химического машиностроения и 21 год промышленного опыта.

температура кипения воды зависит от давления, поэтому в вакууме вода испарится при любой температуре,

Вода прекрасно испаряется при STP, о чем могут свидетельствовать полотенца в ванной.
Это не совсем правильно. Вода испаряется при температурах значительно ниже 100°C даже в атмосфере. Кроме того, это вообще не отвечает на вопрос.
вы правы, я должен был сказать кипятить вместо испарения.
Требуется ли больше энергии для испарения литра воды в вакууме, и если да, то почему?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v