X
تبلیغات
*** فیـزیـک *** - تاثیر فشار و ناخالصی بر نقطه انجماد و جوش آب

به دمایی که در آن، ماده به طور کامل از حالت جامد به مایع (یا بالعکس) تبدیل می‌شود دمای ذوب یا دمای انجماد می‌گویند.و به دمایی که در آن،ماده به طور کامل از حالت مایع به گاز (یا بالعکس) تبدیل می شود دمای جوش یا میعان می گویند.معروف‌ترین نقطهٔ ذوب / نقطهٔ انجماد نقطه جوش/نقطه میعان مربوط به آب می باشد.نقطهٔ ذوب و انجماد همیشه برای مواد خالص در نظر گرفته می شود.آب خالص در فشار یک اتمسفر در دمای صفر درجه سلسیوس منجمد می شود و در دمای صد درجه سلسیوس می جوشد.ناخالصی و فشار روی نقطهٔ ذوب /انجماد و نقطه جوش/میعان آب تاثیر می گذارد.

افزایش فشار باعث افزایش نقطه جوش و كاهش فشار باعث كاهش نقطه جوش می‏شود. به طور مثال در ارتفاعات، آب در دمای پایین‏تری به جوش می آید.

اثر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش و میعان

اثر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش و میعان

در تصویر زیر مقداری آب درون ظرفی ریخته شده است. دمای آب حدود 20 درجه سانتیگراد است. اگر هوای داخل ظرف توسط پمپ تخلیه شود، آیا آب به جوش می‌آید؟ (برای دریافت پاسخ خود به دو تصویر خوب دقت کنید)

 

اثر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش و میعاناثر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش و میعان

اثر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش و میعان

بر خلاف موارد فوق، در دیگ زودپز (كه فشار زیاد است) آب در دمای بالاتری می‏جوشد.

 

اثر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش و میعان

 

اثر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش و میعان

 

 

 

به همین نحو، افزایش ناخالصی باعث افزایش نقطه جوش آب می‏ شود. به عنوان مثال افزایش نمك در آب باعث افزایش نقطه جوش آن می‏ شود و بدین ترتیب می‏ توانید نقطه جوش آب را به بالای 100C افزایش دهید.

 

 

 چند پرسش:

1- چرا كوهنوردان برای آب‏ پز كردن تخم‏ مرغ در ارتفاعات دچار مشكل می‏شوند؟ چه راه حلی برای آنها پیشنهاد می‏ كنید؟

پاسخ:

در ارتفاعات، آب در دمایی پایین‏تر از  100C به جوش می آید. در حالی كه برای آب‏ پز شدن تخم‏ مرغ نیاز به دمایی در حدود 100C است. به طور مثال فرض كنید، دمای جوش آب در قله‏ ای 50C باشد و شما قصد پختن تخم‏ مرغی را در آنجا دارید. هر چقدر شما به ظرف حاوی تخم مرغ گرما بدهید، چون تخم‏ مرغ در آب جوش با دمای  50C قرار دارد بنابر این با افزایش زمان، دمایش بالاتر از 50C نمی‏رود، به این ترتیب با این دما تخم‏ مرغ شما آب‏ پز نمی‏شود. (به عنوان مثال، شما می‏ دانید كه هوای بعضی از شهرهای ایران در فصل تابستان به  50C می‏رسد، این در حالی است كه اگر تخم‏ مرغی را روزها در این دما قرار دهید، نخواهد پخت.)

 

برای حل این مشكل می‏توان نمك به آب اضافه كرد، نمك باعث می‏شود نقطه جوش آب بالا برود.

 

اثر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش و میعان

2-  آیا مزه چایی كه در ارتفاعات دم می كنید با مزه چایی كه در خانه دم می‏ كنید یكی است؟ (در صورتی كه در هر دو مورد از آب یكسان استفاده نمایید.)

 

پاسخ:

خیر، چون چایی در خانه تقریباً با آب جوشی که دمای آن 100C است دم می‏شود در حالی كه در ارتفاعات با آب جوشی كه دمای آن خیلی كمتر از 100Cرسیده باشد هم می شود چایی دم کرد. شما می‏دانید كه ما در منزل منتظر می‏مانیم تا بعد از به جوش آمدن آب، چایی را دم كنیم اگر به طور مثال با آب 60C هم می‏شد چایی دم كرد دیگر وقت خود را صرف انتظار برای جوشیدن آب نمی‏كردیم.

 

3- چرا غذا در دیگ زودپز راحت‏ تر پخته می‏شود؟

 

اثر فشار و ناخالصی روی نقطه جوش و میعان

پاسخ:

چون در دیگ زودپز بخار آب محبوس می‏شود و راه خروج كافی ندارد، بنابراین فشار هوا داخل دیگ افزایش می‏ یابد و می‏ دانیم افزایش فشار، افزایش نقطه جوش را به مراه خواهد داشت. بنابراین غذا در دمایی بالاتر از  100C قرار می‏ گیرد و در نتیجه راحت‏ تر پخته می‏ شود.

 

 

4- ‏در ارتفاعات و بالای كوه ها آب در دمایی بالاتر از 100C می‏ جوشد یا پایین‏ تر؟ چرا؟

 

پاسخ:

در دمایی پایین‏تر از 100C می‏جوشد. چون در ارتفاعات فشار هوا كمتر از یك اتمسفر است و كاهش فشار نقطه جوش را پایین می‏آورد.


در تصویرهای زیر سیمی به همراه وزنه به قطعه یخی متصل شده است. این مجموعه در دمای محیط قرار دارد.

 

به نظر شما چرا سیم داخل یخ فرو می‌رود؟ آیا فشار زیاد سیم باعث ذوب شدن یخ گردیده است؟ آیا افزایش فشار نقطه ذوب را تغییر می‌دهد؟

شاید بارها شنیده‏اید كه اگر به یخ صفر درجه گرما داده شود آنگاه یخ ذوب می‏شود.شاید بارها شنیده‏اید كه اگر به یخ صفر درجه گرما داده شود آنگاه یخ ذوب می‏شود.

محفظه بسته شیشه‌ای که در تصویر ذیل مشاهده می نمایید، حاوی مقدار كمی آب است. این مجموعه داخل ظرف یونولیتی قرار دارد. اگر داخل ظرف اكسیژن مایع ریخته شود (یعنی هوای بسیار بسیار سرد) و بر اثر آن فشار هوای داخل محفظه به شدت كم شود آنگاه چه اتفاقی برای آب داخل محفظه روی می‌دهد؟

شاید بارها شنیده‏اید كه اگر به یخ صفر درجه گرما داده شود آنگاه یخ ذوب می‏شود.

برای مشاهده پاسخ با دقت به دو شکل زیر نگاه کنید. آیا آب یخ زده است؟

شاید بارها شنیده‏اید كه اگر به یخ صفر درجه گرما داده شود آنگاه یخ ذوب می‏شود.شاید بارها شنیده‏اید كه اگر به یخ صفر درجه گرما داده شود آنگاه یخ ذوب می‏شود.

اگر مطالب و آزمایش‏های بالا را (كه به راحتی می‏توان تجربه كرد) انجام دهید، متوجّه می‏شوید كه تغییر فشار هوا (تغییر ارتفاع) و كم و زیاد كردن ناخالصی در مواد، روی نقطه ذوب و انجماد آن ها تأثیر می‏گذارد، به طوری كه افزایش فشار باعث افزایش نقطه ذوب و بالعكس، كاهش فشار باعث كاهش نقطه ذوب اجسام می‏گردد. به عنوان مثال نقطه ذوب طلا در فشار یك اتمسفر برابر 1067c است كه در شهرهای بالاتر از سطح دریا به خاطر كاهش فشار هوا نقطه ذوب طلا كاهش می‏یابد. یعنی در دمایی پایین‏تر از 1067c، طلا ذوب می‏شود.

تذکر:

البته یخ و چند مورد دیگر استثناء هستند. یخ خالص در فشار یك اتمسفر در دمای 0C ذوب می‏شود و با افزایش فشار نقطه ذوب آن پایین می‏آید ( یعنی پایین‏تر از  0C) و با كاهش فشار نقطه ذوب آن افزایش می‏یابد (یعنی بالای 0C). به طور مثال در ارتفاعات كه فشار كم است می‏توانید یخ هایی با دمای بالای 0C بیابید.

وجود ناخالصی در آب باعث تغییر نقطه ذوب آب می‏شود به طوری كه با افزایش ناخالصی، نقطه ذوب كاهش می‏یابد. به عنوان مثال با افزودن نمك در آب می‏توان نقطه انجماد آن را به رساند.

شاید بارها شنیده‏اید كه اگر به یخ صفر درجه گرما داده شود آنگاه یخ ذوب می‏شود.

شاید بارها شنیده‏اید كه اگر به یخ صفر درجه گرما داده شود آنگاه یخ ذوب می‏شود.

آب خالص در حال ذوب

آب و نمك در حال ذوب

 

بر همین اساس برای ذوب شدن برف روی زمین وجاده ها مقداری نمک بر سطح آن می پاشند. مانند تصاویر زیر ماشین که حمل نمك و طریقه استفاده از آن را مشاهده می‌كنید.

شاید بارها شنیده‏اید كه اگر به یخ صفر درجه گرما داده شود آنگاه یخ ذوب می‏شود.
شاید بارها شنیده‏اید كه اگر به یخ صفر درجه گرما داده شود آنگاه یخ ذوب می‏شود.

ذوب شدن برف زیر ماشین

ماشین حمل نمك

 

در این تصویر نیز فردی را در حال پخش كردن نمك روی زمین یخ زده، مشاهده می‌كنید.

به نظر شما كار وی چه فایده‌ای دارد؟

شاید بارها شنیده‏اید كه اگر به یخ صفر درجه گرما داده شود آنگاه یخ ذوب می‏شود.

جواب:

افزودن ناخالصی روی برف، نقطه ذوب را پایین می‏آورد. بنابراین برف در دمایی پایین تر از  0C شروع به ذوب شدن می‏كند.

 



ارسال توسط محسن صداقت

عکس

دانلود