Ao ferver água no fogão, a temperatura do vapor varia significativamente com a temperatura do queimador?
Argumento da pessoa A: Assim, quando as moléculas de água individuais atingem 100C / 212F, elas se tornam vapor. As moléculas de água no pote são < 100C; o as moléculas de água no ar são> 100 ° C. Geralmente, a única maneira de aquecer o vapor de água a significativamente mais de 100 ° C seria prendendo o vapor de água. Em uma grande cozinha, o vapor dágua sobe rapidamente e fica suficientemente longe de o queimador. Nos primeiros segundos que a molécula se torna vapor, o vapor ainda pode estar perto o suficiente do queimador para se tornar um pouco mais de 100C (101C?), mas geralmente, não importa a temperatura do queimador, as moléculas de água escapará a 100 ° C e não atingirá uma temperatura significativamente acima de 100 ° C, em um quarto grande.
Argumento da pessoa B: Com um queimador mais quente, a água na panela é mais quente e, como resultado, o moléculas de água que se transformam em vapor – e borbulham do fundo da panela – transferem menos calor para a água circundante em seu w vá para o topo da panela e deixe como vapor mais quente.
Ou as pessoas A e B apenas têm um conhecimento ruim de física?
Comentários
- A pessoa A está correta. Em condições normais, quando a água atinge seu ponto de ebulição, sua temperatura não aumenta mais e qualquer calor extra transferido para ela vai para ferver a água, supere o calor latente .
- Você é o Charles Woodson que jogou pela U of M, ganhou o Troféu Heisman, jogou pelo Oakland Raiders e agora é um analista da ESPN?
- Quando você diz ” as moléculas de água no ar são > 100C “, você quer dizer ” no ar em geral “, ou ” no ar acima da água fervente “? Eu interpretei como sendo a primeira opção, o que está refletido na minha resposta atual e deve ser corrigido se necessário.
- O vapor saindo da água está a 100 degC ao nível do mar. Em uma elevação / pressão diferente, ele será diferente. Além disso, se o líquido na panela não for água pura e contiver outras substâncias voláteis, um possível ponto de ebulição do azeótropo será a temperatura do vapor. Se você tivesse cerveja na panela, o azeótropo água-etanol seria de cerca de 78 grausC.
- @KalleMP, as pessoas não ‘ costumam ferver misturas de múltiplos componentes em ao ar livre no fogão da cozinha. Além disso, a cerveja tem aproximadamente 5% de etanol e o azeótropo água-etanol é 95% etanol-5% água. Você não ‘ não detectaria esse azeótropo por muito tempo porque o etanol iria ferver rapidamente.
Resposta
Ambos A e B estão ligeiramente errados. O “ponto de ebulição” da água é a temperatura na qual o vapor e o líquido existem em equilíbrio, e a fervura de uma panela com água no fogão indica uma falta de equilíbrio. Cada bolha de vapor, se expandindo à medida que sobe do fundo da panela, está acumulando vapor do líquido circundante (não mantendo um volume constante).
Então, A está errado em pensar que há um equilíbrio- indicação de temperatura na panela de ebulição. Uma única molécula pode se tornar vapor apenas na superfície da água, ou trabalhando contra a tensão superficial e a pressão da água, expandindo o diâmetro de uma bolha. Se o trabalho for feito deixando o vapor de água não condensado, ele deve ser mais quente do que “o ponto de ebulição”.
E, se B for ingênuo em pensar que a temperatura externa da panela é importante para determinar a temperatura interna . A evaporação da água é um dissipador de calor mais do que capaz de resfriar o metal, pode ser que a temperatura externa mais alta transforme uma fervura com quatro fluxos de bolhas em uma fervura semelhante com oito fluxos de bolhas. Mais calor não garante temperatura mais alta, apenas maior fluxo de calor.
Quanto à temperatura “significativamente mais alta” das bolhas, isso exige julgamento. A observação de pequenas bolhas se expandindo à medida que sobem significa que há significado, porque é observável.
Comentários
- A fervura é ainda mais complicada do que isso. Bom resumo.
Resposta
Para que haja uma mudança de fase de líquido para vapor, a água deve libere calor latente de 100 graus centígrados. Um queimador mais quente não aumentará a temperatura do calor latente do vapor de água na mudança de fase (o ponto de ebulição) da água.
No entanto, se o queimador for grande o suficiente para aquecer toda a sala e a sala estiver fechada, ele pode aumentar a temperatura do vapor de água que já está no ar transferindo calor sensível do queimador para o ar da sala.
Conforme a temperatura da sala aumenta, a pressão de vapor saturado dentro da sala também aumentaria, e as moléculas de vapor dágua no ar se moveriam com maior energia cinética, aumentando sua temperatura. Para que o queimador aumente a temperatura do vapor dágua no ar ambiente, a sala teria que ser fechada. Caso contrário, a pressão de vapor saturado não aumentaria e nem a temperatura do vapor de água.
Resposta
A panela fervente de a água atua como um regulador de temperatura assim que começa a ferver. Contanto que o queimador não tenha nenhum meio adicional de transferir calor para o vapor acima da água, ele não aumenta de temperatura, mas na verdade diminui rapidamente, pois você frequentemente notará condensação na parte superior da panela.
Se você quiser criar vapor acima de $ 100 ^ o C $, será necessário aplicar aquecimento adicional acima da água com outro queimador / aquecedor.
Resposta
A pessoa A está essencialmente certa, com a exceção de que as moléculas de água no ar não a 100 ° C ou mais, mas em temperatura ambiente, uma vez que estão (supostamente) em equilíbrio com os outros componentes do ar. Lembre-se de que mesmo em temperatura ambiente a água se transforma em vapor: este evaporação é o que faz as poças na calçada eventualmente desaparecerem após a chuva.
A pessoa de apoio A são medidas feitas em experimentos de cozinha que atesta a temperatura da água a temperatura não ultrapassará 100 ° C, mesmo muito perto da superfície inferior.
Se você pré-aquecer a panela a pelo menos 200 ° C e jogar um pouco de água, você obterá Efeito Leidenfrost , ou seja, as gotas irão flutuar por um tempo sobre uma almofada de vapor. Com mais água, ele vai espirrar vapor que pode estar em parte acima de 100 ° C perto o suficiente da superfície quente.
Comentários
- Como você pode dizer que as moléculas de água no ar não são 100 ° C quando o vapor que sobe da panela claramente ainda não está em equilíbrio com o ar circundante?
- É ‘ uma questão de interpretação do que ele entende por ” no ar “. Meu entendimento é que ele quis dizer ” o ar ” em geral “, mas mesmo acima da superfície da água fervente, ele ‘ t estar acima 100 ° C.
- Também não estará à temperatura ambiente, como você pode verificar facilmente segurando sua mão logo acima de uma panela fervente.
- Repito: meu entendimento é que OP significa ” o ar em geral “, não acima da água fervente; apenas eles podem dizer o que significam.
- @stafusa É ‘ na verdade bastante claro o que ele quis dizer, porque ele usou o termo ” vapor “, não apenas vapor. O vapor, neste contexto, é uma referência universalmente ao vapor úmido (supersaturado) visível que você obtém sobre uma panela fervendo.