(Učebnice strana 84 – 86)

1. Var (Učebnice strana 84 – 86) Do kádinky s vodou umístíme teploměr. Vodu budeme zahřívat. Při určité teplotě se začnou v celém objemu kapaliny tvořit bubliny vodní páry, které stoupají vzhůru k povrchu vody, kde zanikají a pára uniká do vzduchu. Tím se voda vypařuje nejen na povrchu, ale i uvnitř. Teplota se při tomto ději nemění, přestože budeme kapalinu dále zahřívat. Tento způsob vypařování kapaliny nazýváme var kapaliny. Var kapaliny nastane při určité teplotě – teplotě varu tv. Var kapaliny trvá, pokud kapalina přijímá teplo postačující ke změně skupenství kapalného v plynné při stálé teplotě varu. Toto teplo se nazývá skupenské teplo varu kapaliny Lv.

2. Vypařování kapaliny probíhá za každé teploty pouze na povrchu kapaliny. Při vyšší teplotě se molekuly pohybují rychleji, a proto více molekul má takovou energii, že může kapalinu opustit. Proto se kapalina vypařuje rychleji. Rychlost vypařování tedy roste s teplotou. Při určité teplotě dochází k intenzivnímu vypařování, které probíhá nejen na povrchu, ale také uvnitř kapaliny, nastává var. Jedná se skupenskou přeměnu, která za daného tlaku probíhá při konstantní teplotě, tzv. teplotě (bodu) varu. Teplota varu je závislá na tlaku okolního prostředí. Rychlost této skupenské přeměny je závislá na množství tepla přiváděného do vařící se kapaliny.

3. Teplota varu kapaliny tv závisí na taku nad povrchem kapaliny. Za normálního tlaku je teplota varu tv vody 100 °C. Zvýší-li se tlak nad povrchem kapaliny, zvýší se i teplota varu. Toho se využívá v tlakovém hrnci, kterému se podle vynálezce říká také Papinův hrnec. Tlakový hrnec uzavírá dobře těsnící poklice, která zabraňuje unikání par. Hromadící se páry zvyšují tlak nad povrchem kapaliny. Proto začne kapalina vařit při vyšší teplotě než v otevřené nádobě. To umožňuje urychlit např. měknutí masa při vaření. Velké tlakové nádoby se používají při výrobě papíru a klihu, v tlakových nádobách se při teplotě 150 °C sterilizuje obvazový materiál. Nalijeme-li do kádinky horkou vodu (ne vařící) a umístíme-li ji pod vývěvu, při určité hodnotě tlaku začne voda vřít, přestože její teplota je nižší než teplota varu. Za sníženého tlaku vře kapalina při nižší teplotě než za normálního tlaku. Vakuové nádoby se používají např. při výrobě krystalového cukru, sirupů, některých léků, kondenzovaného nebo práškového mléka.

4. Teplota varu kapaliny tv závisí na druhu kapaliny. Kapaliny, které mají nižší teplotu varu, se vypařují za normálního tlaku při téže teplotě, např. 20 °C, rychleji než kapaliny s vyšší teplotou varu. Tyto kapaliny nazýváme těkavé kapaliny. Těkavé hořlavé kapaliny, např. aceton nebo benzín, se rychle vypařují a jejich páry se snadno vzněcují. Ve směsi se vzduchem jsou výbušné a mohou se vznítit např. již jiskrou vzniklou elektrickým vypínačem. S těkavými hořlavými látkami nesmíme nikdy pracovat v blízkosti otevřeného ohně! V Tabulkách je uvedena teplota varu různých látek při normálním tlaku, např. teplota varu vody je 100 °C, ethanolu 78,3 °C, rtuti 357 °C, železa 2 750 °C, oxidu uhličitého –78,5 °C, kyslíku –183 °C, vodíku –253 °C. Podobně jako při tání, při varu přijme látka určité teplo, které je zapotřebí ke změně skupenství. Teplo, které přijme 1 kg kapaliny při normálním tlaku zahřátý na teplotu varu k tomu, aby změnil své skupenství na plynné (v páru), nazýváme měrné skupenské teplo varu, značíme lv. Jednotkou měrného skupenského tepla varu je kJ/kg. Hodnoty měrného skupenského tepla některých látek jsou uvedeny v Tabulkách.

5. vypařování var Při varu se kapalina vypařuje nejen na povrchu kapaliny, ale i uvnitř. Var kapaliny nastane při teplotě varu tv, která závisí na druhu kapaliny a na tlaku. Teplota varu vody za normálního tlaku je 100 °C. Var kapaliny trvá, pokud kapalina přijímá teplo dostačující ke změně skupenství kapalného na plynné při stálé teplotě varu. Měrné skupenské teplo varu lvje teplo, které potřebuje 1 kg kapaliny při teplotě varu a při normálním tlaku, aby se kapalina změnila v páru téže teploty.

6. Příklady: Jaké teplo je třeba dodat vodě o hmotnosti 5 kg a teplotě 100 °C, aby se přeměnila na v páru stejné teploty? m = 5 kgt = 100 °CLv= ? kJlv = 2 260 kJ/kg Lv= m ·lv Lv=5 · 2 260 Lv=11 300kJ = 11,3 MJ Voda přijme teplo 11,3 MJ. Mokré prádlo má hmotnost 40 kg, z toho je 10 % vody. Kolik tepla přijala voda při odpaření? mp = 40 kgmv = 10 % mpmv = ? kg Lv= ? kJlv = 2 260 kJ/kg Lv= m ·lv mv = 10 % mp = 0,1 mp Lv=4 · 2 260 mv = 0,1 · 40 Lv=9 040 kJ = 9 MJ mv = 4 kg Na vypaření vody z prádla je třeba 9 MJ tepla.

7. Voda o hmotnosti 2 kg a teplotě 80 °C se ohřeje na teplotu 100 °C a přemění na páru téže teploty. a) Vypočítej teplo, které přijme voda při ohřátí na 100 °C. b) Vypočítej teplo na vypaření vody při teplotě 100 °C. m = 2 kgt0= 80 °Ctv= 100 °C a) Q = ? kJc = 4,18 kJ/(kg·°C) b) Lv= ? kJlv = 2 260 kJ/kg Q = c m (tv – t0) Lv= m ·lv Lv=2 · 2 260 Q = 4,18 · 2 · (100 – 80) Q = 167,2kJ Lv=4 520 kJ Na vypaření 2 kg vody je třeba 4 520 kJ tepla. Při zvýšení teploty o 20 °C voda přijme teplo 167,2 kJ.

8. Led o hmotnosti 1,5 kg a o počáteční teplotě –20 °C se má přeměnit na vodní páru o teplotě 100 °C. Urči teplo, které je třeba dodat. Led se nejdříve ohřeje z –20 °C na teplotu tání 0 °C beze změny skupenství, přijme teplo Q1, potom se teplota nemění, všechno přijaté teplo Lt se využije na změnu skupenství. Až se všechen led přemění na vodu, potom se voda ohřívá (beze změny skupenství), přijme teplo Q2. Při dosažení teploty 100 °C dochází k varu,voda se mění v páru, přijme teplo Lv, teplota se nemění. Změny teploty v závislosti na čase znázorníme v grafu: t_ [°C] A B C D 100 0 led (pevná látka) led – voda (pevná látka a kapalina) voda (kapalina) voda – pára (kapalina a plynná látka) –20 Lt Q2 Lv čas_ [s] Q1

9. m = 1,5 kg t0 = –20 °C tt = 0 °C t = 10 °C cled= 2,09 kJ/(kg·°C) lt = 334 kJ/kg cvoda= 4,18 kJ/(kg·°C)lv = 2 260 kJ/kg Q1= ? kJLt= ? kJQ2= ? kJ Lv= ? kJQ = ? kJ Q1 = cled m (tt – t0) Q1 = 2,09 · 1,5 · [0 – (–20)] Q1 = 62,7kJ Lt= m ·lt Lt=1,5 · 334 Lt=501kJ Q2 = cvoda m (t – tt) Q2 = 4,18 · 1,5 · (100 – 0) Q2 = 627kJ Lv= m ·lv Lv=1,5 · 2 260 Q = Q1 + Lt + Q2 + Lv Q = 62,7 + 501 + 627 + 3 390 Lv=3 390 kJ Q = 4 580,7kJ Led o teplotě –20 °C a hmotnosti 1,5 kg přijme teplo 4 580,7 kJ k tomu, aby se změnil na vodu a voda se vypařila. Otázky a úlohy k opakování – učebnice strana 87.