كمية الحرارة اللازمة لتبخير السائل تعطى بالعلاقة

كمية الحرارة اللازمة لتبخير السائل تعطى بالعلاقة :

q= Hv˟m .

كمية الحرارة اللازمة لتبخير السائل تعطي بالعلاقة أو المعادلة الكيميائية q= Hv˟m ، أو المعبر عنها أيضاً بطريقة Hv=q/m التي يطلق عليها معادلة حرارة التبخير.

حرارة التبخير Heat of Vaporization هي كمية الحرارة اللازمة أو درجات الحرارة الثابتة، اللازمة لتبخير كميات معينة من السوائل.

بمعنى أخر معادلة حرارة التبخير هي الطريقة الحسابية المستخدمة، لحساب الحرارة المطلوبة، بهدف تحويل كميات محددة من السوائل إلى أبخرة، دون ارتفاع درجة حرارة السائل نفسه.

الجدير ذكره أن الطاقة الحركية أو قوة نشاط البخار هو أعلى من نشاط أو حركة السائل.

الآن نوضح تفسير معادلة تبخير السائل، حتى يستطيع الطلاب حل المسائل المتعلقة بهذا الأمر:

Hv = اختصار لمصطلح حرارة التبخير Heat of Vaporization.

M = كتلة المواد أو المعبر عنها بمصطلح Mass of the substances.

q = هو رمز لكمية الحرارة اللازمة لتبخير السائل.

كمية الحرارة اللازمة لتحويل السوائل إلى أبخرة هي حاصل ضرب الكتلة في حرارة التبخير.

تدريبات على حساب كمية الحرارة اللازمة لتبخير السائل

• المثال الأول:

إذا كانت حرارة التبخر لعنصر أو مادة H20 هو 2357 جول لكل جرام، فما هي كمية الطاقة الحرارية اللازمة لتبخير 145 جراماً من نفس مادة H20.

الإجابة:

اعتماداً على المعادلة الخاصة بصيغة حرارة التبخر وهي:

q= Hv˟m

q = 2375˟154= 341765

إذاً كمية الحرارة اللازمة لتبخير السائل أو المادة هي 341765 جول.

• المثال الثاني:

مثال أخر على حساب كمية الحرارة اللازمة لعملية تبخر السوائل، على سبيل المثال الماء، ما هي الطاقة المطلوبة لتحويل 135 جم من الماء إلى بخار، في حالة درجة حرارة التبخر 2257 جول لكل جرام.

الإجابة:

من خلال المعادلة q= Hv˟m

q=2257 ˟ 135= 305000

إذا الطاقة المطلوبة لتبخير 135 جم من الماء هي 305000 جول.

• المثال الثالث:

احسب كمية الحرارة اللازمة لتحويل 25 جم من الماء إلى بخار، احسب كمية الحرارة بوحدة الجول وأيضاً بالسعرات الحرارية Kcal.

الإجابة:

حرارة تبخير الماء= 2257 جول/جم، 540كالوري/ جم

نعوض في المعادلة التالية q= Hv˟m

q = 2257˟ 25= 56425

إذاً الطاقة اللازمة لتحويل 25 جم من الماء إلى بخار هي 56425 جول.

للتعبير عن هذه القيمة بالسعرات الحرارية Kcal، نقوم بالتعويض في المعادلة بالشكل التالي:

q=25˟540

540 هي درجة حرارة تبخير الماء معبر عنها بالسعرات الحرارية، وبالتالي:

25˟540= 13500 سعر حراري.

ما هي عملية التبخير

التبخير هو عبارة عن عملية فيزيائية، تتحول فيها المادة من الحالة السائلة إلى بخار.

تتمتع السوائل بأحجام معينة، على عكس المواد التي يحتوي عليها البخار، لأن المسافات بين المكونات السائلة للعناصر متقاربة للغاية، أما الفراغات بين الغازات تكون متباعدة، لذلك حركة الغازات أو الأبخرة أكبر وأسرع من نشاط وطاقة المواد السائلة.

تحدث عملية التبخر عندما تزداد الطاقة الحركية للمواد بعد تزويدها بالحرارة أو الطاقة الحرارية، تصبح الجزيئات التي تربط بين المكونات أكثر مرونة، ثم تتحول إلى أبخرة، وبالتالي يمكن حساب كمية الحرارة اللازمة لتبخير السائل من خلال العلاقة أو المعادلة الكيميائية q= Hv˟m، التي وضحناها في السابق بشكل تفصيلي وأمثلة تدريبية عليها.

بعد أن تناولنا تعريف مفهوم التبخير وطاقة التبخير وهي كمية الحرارة اللازمة لتبخير السائل وحسابها من خلال المعادلة السابقة، نوضح أنواع عملية التبخير والعوامل المؤثرة المتعلقة بهذه العملية. [1]

أنواع عملية التبخير

• الغليان Boling.
• التلاشي والتبخر Evaporation.

نقدم تالياً وصفاً تفصيلياً لكل نوع من أنواع عملية التبخير Vaporization، حتى يدرك الطلاب الفرق بينهما:

الغليان Boling: من أنواع عملية التبخير، التي تحدث نتيجة تعرض سائل أو مادة ما لطاقة حرارية، الغليان وهو عبارة عن عملية فيزيائية سريعة للغاية، تتضمن نتائجها تبخير السوائل، أو تحول المادة من صفتها السائلة إلى بخار، تحدث درجة الغليان عند الوصول إلى درجة حرارة معينة وهي نقطة الغليان، التبخير هنا يحدث في جميع أنحاء السائل المعرض لدرجات حرارة عالية، وتتكون الفقاعات في جميع أجزاء المادة السائلة.

التلاشي والتبخر Evaporation: النوع الأخر من عملية ال Vaporization، هو أيضاً عملية فيزيائية تقوم بتحويل حالة المادة من سائلة إلى غازية أو بخار، الفرق بينها وبين نوع الغليان هو إنها تحدث في أي درجة حرارة، مثل درجة حرارة الغرفة، لحدوث عملية التبخر أو التي يطلق عليها اسم التلاشي، يجب أن يكون الهواء فوق السائل غير مشبع بقدر كبير من بخار الماء، بمعنى أخر لا يحتوي الكربون على عدد كبير من ذرات الهيدروجين، على عكس عملية الغليان التي تتم عندما يكون السائل معرضاً للغلاف الجوي.

الجدير ذكره أن بمجرد حدوث عملية التبخر وتصاعد الأبخرة من السائل، دون تكوين فقاعات، تنخفض درجة حرارة السائل تلقائياً وبالتالي تقل الطاقة الحركية للسائل وتتصاعد الأبخرة.

أمثلة على عملية التبخير

• خلال فترات النهار يتبخر الماء السائل في البرك.
• تتبخر جزئيات الماء بعد فتح الزجاجات المغلقة جيداً وتركها على هذا الوضع لأيام.
• من أمثلة تبخير السوائل، غليان الماء المستخدم على سبيل المثال في الطهي وإعداد المشروبات الساخنة. [2]

العوامل المؤثرة على عملية التبخير

• مساحة السطح المعرضة إليه المواد السائلة.
• درجات الحرارة.
• الرطوبة.
• الرياح.

مساحة السطح المعرضة إليه المواد السائلة: هي علاقة طردية، كلما زادت مساحة السطح، كلما زادت مساحة السائل المعرضة للهواء، وبالتالي تهرب الكثير من الجزيئات، ثم تصبح أكثر مرونة وتتحول إلى أبخرة.

درجات الحرارة: تعرفنا خلال هذا التقرير كيفية حساب كمية الحرارة اللازمة لتبخير السائل والمعادلة الخاصة بها، نوضح الآن أن درجة الحرارة كلما زادت كلما زاد معدل التبخر.

الرطوبة: الرطوبة المنخفضة هي عامل مهم في إتمام عملية التبخير، الرطوبة هي كمية البخار الموجودة في الهواء، والتي تستمر لفترات من الوقت.

الرياح: يزداد التبخير مع زيادة سرعة الرياح، لأنها تؤدي إلى انخفاض كمية بخار الماء في الهواء، المعرض إليه السائل المراد تحويله إلى بخار، بعد تعرضه لدرجات حرارة معينة. [3]