Врење (физика)
Врење или кључање, у физици, је фазни прелази из течног у гасовито агрегатно стање који се јавља истодобно у целој запремини течности на температури врелишта, при притиску паре у течности који је једнак спољашњем притиску.[1] За овај прелаз је својствена појава мехурића гаса у течности.[2] Постоје два главна типа кључања: нуклеатно кључање при чему се мали мехури паре формирају на дискретним тачкама, и кључање критичног топлотног флукса, где се површина кључања загрева изнад извесне критичне температуре и формира се филм паре. Транзиционо кључање је интермедијарна, нестабилна форма кључања са елементима оба типа. Тачка кључања воде је 100 °C или 212 °F, али је нижа при сниженом атмосферском притиску који се јавља на вишим надморским висинама.
Кључање воде се користи као метод за добијање питке воде путем убијања микроба који су евентуално присутни у њој. Осетљивост различитих микроорганизама на топлоту варира, али ако се вода одржава на 70 °C (158 °F) током десет минита, многи организми бивају убијени, мада су неки отпорнији на топлоту и захтевају један минут на тачки кључања воде.
Кључање се такође користи за кување. Намирнице које су погодне за кување обухватају поврће, скробну храну као што су пиринач, резанци и кромпир, јаја, „месо”, сосеве и супе. Као метода припеме хране, кључање је једноставно и прикладно за велике кухиње. Жилаво месо или живина се могу подврћи дуготрајном, спором кувању, чиме се формира храна велике хранљиве вредности. Недостаци кључања обухватају губитак витамина и минерала растворних у води. Комерцијално припремљене намирнице понекад се пакују у врећице од полиетилена и продају као производи који се „кувају у врећици”.
Типови[уреди | уреди извор]
Нуклеати[уреди | уреди извор]
Нуклеатно врење је карактерисано растом мехурова на загрејаној површини, који се дижу са дискретних тачака на површини, чија је температура тек мало изнад температуре течности. Генерално, број места нуклеације се повећава повећањем температуре површине.
Ирегуларна површина вреле посуде (и.е., повећана храпавост површине) или адитиви у течности (и.е., сурфикти и/или наночестице[3][4]) могу да створе додатна места нуклеације,[5] док изузетно глатке површине, као што је пластика, доводе до прегрејања. Под тим условима, загрејана течност може да манифестује закаснело кључање и температуре могу да буду донекле изнад тачке кључања.
Критични топлотни флукс[уреди | уреди извор]
Како се површина кључања загрејава изнад критичне температуре, на површини се ствара филм паре. Пошто је овај парни филм много мање способан да преноси топлоту са површине, температура се веома брзо диже иза ове тачке у режим прелазног кључања. Тачка у којој се то дешава зависи од карактеристика вреле течности и дате грејне површине.[4]
Транзиција[уреди | уреди извор]
Транзиционо кључање се може дефинисати као нестабилно кључање, које се јавља при температурама кључања између максимално достижног у нуклеацији и минимално остваривог у филму кључања.
Формирање мехура у загрејаној течности је комплексан физички процес у коме често учествују кавитациони и акустички ефекти, као што је широк спектар шиштања које се чује у чајнику који још није загрејан до тачке где мехурићи излазе на површину.
Филм[уреди | уреди извор]
Ако је површина која загрева течности знатно топлија од течности јавља се филм врења, при чему танак слој паре, који има ниску топлотну проводљивост, изолира површину. Ово стање филма паре којим је изолована површина од течности карактерише филмско врење.
Испаравање[уреди | уреди извор]
Испаравање је прелаз материје из течног у гасовито агрегатно стање.[6] Према кинетичко-молекуларној теорији топлоте, течност испарава када њени молекули загревањем поприме довољно енергије да надвладају кохезионе силе унутар течности и притисак над њезином површином. Разликује се испаравање врењем и евапорација. Течност испарава врењем када се притисак паре у течности изједначи са укупним притиском над течношћу. Температура при којој течност ври назива се врелиштем. Повећавањем притиска над течношћу врелиште расте, а смањењем притиска опада. Течност испарава евапорацијом када је притисак паре у течности већи од парцијалног притиска те паре над течношћу, а мањи од укупног притиска над течношћу; течност, дакле, евапорира при температури нижој од врелишта.
Једна је од најстаријих примена испаравања је при добијању соли из морске воде. У процесној се техници под испаравањем подразумева технолошка операција којом се у испаривачу део растварача врењем преводи у гасовито (паровито) стање како би се повећала концентрација раствора (упаравање), на пример при производњи шећера, различитих соли, вештачких ђубрива и другог. Раствор се загрејава у делу испаривача који се назива грејном комором, а пара растварача, која се назива супара, излази из раствора у парни простор испаривача. Данас се углавном користе цевни испаривачи, у којима раствор природно или присилно циркулише кроз вруће цеви и испарава се уз врење или се испарава у танком слоју на зидовима цеви. Испаривачи се најчешће загревају свежом воденом паром (једноструко искориштавање топлоте уз сталан притисак) или, ако су испаривачи међусобно повезани у низ, супаром из претходног испаривача. Тако се топлота вишеструко искориштава, јер се супара из првог испаривача употребљава за загрејавање другог и тако даље, или је то могуће ако је у сваком идућем испаривачу притисак нижи од претходнога, па је и врелиште раствора све ниже, или ако се термокомпресијом стално повећава температура супаре. Утрошак топлоте за загрејавање раствора може се смањити и ако се сировина предгрејава већ загрејаним продуктом који излази из испаривача. Осим за описано упаравање, којем је циљ добијање раствора веће концентрације, испаравање се примењује и ради добијања чистог растварача (на пример питке воде при одсољавању воде или десалинизацији морске воде), те као процес којим се постиже учинак хлађења у расхладним машинама.[7]
Врелиште[уреди | уреди извор]
Врелиште је температура на којој истодобно у целој запремини материја прелази из течног у гасовито агрегатно стање, то јест највиша температура на коју се при одређеном притиску може заграти течност. С повећањем притиска врелиште се повећава, а са смањењем смањује; обично се наводи вредност при нормираном атмосферском притиску[8][9][10] (101 325 Pa). Врелиште је карактеристично својство материје.[11]
Азеотропија[уреди | уреди извор]
Азеотроп[12] или смеша константне тачке кључања је смеша две или више тачности чије пропорцијесе не мобу променити једноставном дестилацијом.[13] До тога долази зато што при врењу азеотропа, пара има исте пропорције и конституенте као и непроврела смеша. Услед њихове њихове непромењене композиције при дестилацији, азеотропи се такође називају (посебно у старијим текстовима) смешама константне тачке кључања.
Врелишта неких елементарних материја[уреди | уреди извор]
| материја | Врелиште / °Ц |
|---|---|
| Волфрам | 5 930 |
| Цинк | 907 |
| Сумпор | 444,6 |
| Жива | 356,73 |
| Вода | 100 |
| Етанол | 78,37 |
| Метанол | 64,7 |
| Амонијак | −33,34 |
| Кисеоник | −182,962 |
| Азот | −195,795 |
| Хелијум | −268,928 |
Референце[уреди | уреди извор]
- ^ Аткинс, П., де Паула, Ј. (1978/2010). Пхyсицал Цхемистрy, (фирст едитион 1978), нинтх едитион 2010, Оxфорд: Оxфорд Университy Пресс УК. ISBN 978-0-19-954337-3.
- ^ Врење, [1] "Хрватска енциклопедија", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.енциклопедија.хр, 2015.
- ^ Доретти, L.; Лонго, Г. А.; Манцин, С.; Ригхетти, Г.; Wеибел, Ј. А. (2017). „Нанопартицле Депоситион Дуринг Цу-Wатер Нанофлуид Поол Боилинг”. Јоурнал оф Пхyсицс: Цонференце Сериес (на језику: енглески). 923 (1): 012004. ИССН 1742-6596. дои:10.1088/1742-6596/923/1/012004.
- ^ а б Таyлор, Р.А., Пхелан, П.Е., Поол боилинг оф нанофлуидс: Цомпрехенсиве ревиеw оф еxистинг дата анд лимитед неw дата, Интернатионал Јоурнал оф Хеат анд Масс Трансфер, Волуме 52, Иссуес 23–24, Новембер 2009, Пагес 5339–5347
- ^ Роберт А Таyлор, Патрицк Е Пхелан, Тодд Отаницар, Роналд Ј Адриан, Рави С Прасхер, Вапор генератион ин а нанопартицле лиqуид суспенсион усинг а фоцусед, цонтинуоус ласер, Апплиед Пхyсицс Леттерс, Волуме:95 , Иссуе: 16, 2009
- ^ Аскеланд, Доналд Р.; Хаддлетон, Франк; Греен, Пхил; Робертсон, Хоwард (1996). Тхе Сциенце анд Енгинееринг оф Материалс. Цхапман & Халл. стр. 286. ИСБН 978-0-412-53910-7.
- ^ Испаравање, [2] "Хрватска енциклопедија", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.енциклопедија.хр, 2015.
- ^ А. D. МцНаугхт, А. Wилкинсон (1997). Цомпендиум оф Цхемицал Терминологy, Тхе Голд Боок (ПДФ) (2нд изд.). Блацкwелл Сциенце. ИСБН 978-0-86542-684-9. Архивирано из оригинала (ПДФ) 24. 05. 2016. г. Приступљено 03. 06. 2013.
- ^ А. D. МцНаугхт; А. Wилкинсон (1997). Нич, Милослав; Јирáт, Јиří; Кошата, Бедřицх; Јенкинс, Аубреy; МцНаугхт, Алан, ур. ИУПАЦ. Цомпендиум оф Цхемицал Терминологy (ПДФ) (2нд изд.). Оxфорд: Блацкwелл Сциентифиц Публицатионс. стр. 54. ИСБН 0-632-03583-8. дои:10.1351/голдбоок. „Стандард цондитионс фор гасес: ... анд прессуре оф 105 пасцалс. Тхе превиоус стандард абсолуте прессуре оф 1 атм (еqуивалент то 101.325 кПа) wас цхангед то 100 кПа ин 1982. ИУПАЦ рецоммендс тхат тхе формер прессуре схоулд бе дисцонтинуед.”
- ^ А. D. МцНаугхт; А. Wилкинсон (1997). „стандард пресуре”. ИУПАЦ. Цомпендиум оф Цхемицал Терминологy (2нд изд.). Оxфорд: Блацкwелл Сциентифиц Публицатионс. ИСБН 978-0-9678550-9-7. дои:10.1351/голдбоок.С05921.
- ^ Врелиште, [3] "Хрватска енциклопедија", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.енциклопедија.хр, 2015.
- ^ „Азеотропе дефинитион анд меанинг - Цоллинс Енглисх Дицтионарy”. www.цоллинсдицтионарy.цом.
- ^ Мооре, Wалтер Ј. Пхyсицал Цхемистрy, 3рд е Прентице-Халл 1962, пп. 140–142
Литература[уреди | уреди извор]
- Адкинс, C.Ј. (1968/1983). Еqуилибриум Тхермодyнамицс, (1ст едитион 1968), тхирд едитион 1983, Цамбридге Университy Пресс, Цамбридге УК. ISBN 978-0-521-25445-8..
- Bacon, F. (1620). Novum Organum Scientiarum, translated by Devey, J., P.F. Collier & Son, New York, 1902.
- Baierlein, R. (1999). Thermal Physics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-65838-6.
- Bailyn, M (1994). A Survey of Thermodynamics. New York: American Institute of Physics Press. ISBN 978-0-88318-797-5..
- Bryan, G.H. (1907). Thermodynamics. An Introductory Treatise dealing mainly with First Principles and their Direct Applications, B.G. Teubner, Leipzig.
- Callen, H.B. (1960/1985). Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics, (1st edition 1960) 2nd edition 1985, Wiley. . New York. ISBN 978-0-471-86256-7..
- Цларк, Ј.О.Е. (2004). Тхе Ессентиал Дицтионарy оф Сциенце. Барнес & Нобле Боокс. ИСБН 978-0-7607-4616-5.
- Де Гроот, С.Р., Мазур, П. (1962). Нон-еqуилибриум Тхермодyнамицс, Нортх-Холланд, Амстердам. Репринтед (1984), Довер Публицатионс Инц. . New York. ISBN 978-0-486-64741-8..
- Денбигх, К. (1955/1981). The Principles of Chemical Equilibrium. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-23682-9..
- Гревен, А., Келлер, Г., Wарнецке (едиторс). Ентропy, Принцетон Университy Пресс, Принцетон Њ. 2003. ISBN 978-0-691-11338-8..
- Гуггенхеим, Е.А. (1967) [1949], Тхермодyнамицс. Ан Адванцед Треатмент фор Цхемистс анд Пхyсицистс (фифтх изд.), Амстердам: Нортх-Холланд Публисхинг Цомпанy.
- Киттел, C. Кроемер, Х.. Тхермал Пхyсицс, сецонд едитион, W.Х. Фрееман, Сан Францисцо. 1980. ISBN 978-0-7167-1088-2..
- Кондепуди, D. (2008), Интродуцтион то Модерн Тхермодyнамицс, Цхицхестер УК: Wилеy, ИСБН 978-0-470-01598-8
- Кондепуди, D., Пригогине, I.. Модерн Тхермодyнамицс: Фром Хеат Енгинес то Диссипативе Струцтурес, Јохн Wилеy & Сонс, Цхицхестер. 1998. ISBN 978-0-471-97393-5..
- Landau, L., Lifshitz, E.M. (1958/1969). Statistical Physics, volume 5 of Course of Theoretical Physics, translated from the Russian by J.B. Sykes, M.J. Kearsley, Pergamon, Oxford.
- Maxwell, J.C. (1871), Theory of Heat (first изд.), London: Longmans, Green and Co.
- Partington, J.R. (1949), An Advanced Treatise on Physical Chemistry., volume 1, Fundamental Principles. The Properties of Gases, London: Longmans, Green and Co.
- Perrot, Pierre (1998). A to Z of Thermodynamics. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-856552-9.
- Pippard, A.B. (1957/1966). Elements of Classical Thermodynamics for Advanced Students of Physics, original publication 1957, reprint 1966, Cambridge University Press, Cambridge.
- Planck, M., (1897/1903). Treatise on Thermodynamics, translated by A. Ogg, first English edition, Longmans, Green and Co., London.
- Planck, M., (1923/1927). Treatise on Thermodynamics, translated by A. Ogg, third English edition, Longmans, Green and Co., London.
- Reif, F. (1965). Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. New York: McGraw-Hlll, Inc.
- Shavit, A., Gutfinger, C (1995). Thermodynamics. From Concepts to Applications. London: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-288267-5..
- Truesdell, C. (1969). Rational Thermodynamics: a Course of Lectures on Selected Topics, McGraw-Hill Book Company, New York.
- Rybin, M.V.; et al. (2015). „Пхасе диаграм фор тхе транситион фром пхотониц црyсталс то диелецтриц метаматериалс”. Натуре Цоммуницатионс. 6: 10102. Бибцоде:2015НатЦо...610102Р. ПМЦ 4686770
. ПМИД 26626302. арXив:1507.08901 . дои:10.1038/нцоммс10102. - Едс. Зхоу, W., анд Фан. С., Семицондуцторс анд Семиметалс. Вол 100. Пхотониц Црyстал Метасурфаце Оптоелецтроницс, Елсевиер, 2019
