Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 10:51 • sest 15:44 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 09:32 • Sest 15:11 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 05:14 • Síðdegis: 17:30 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 11:31 • Síðdegis: 23:44 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: í daglegu lífi

Suðumark vatns lækkar við minnkandi þrýsting, en getur ís soðið?

Einar Örn Þorvaldsson og Þorsteinn Vilhjálmsson

Best er að byrja á því að skoða hamskiptarit eða fasarit fyrir vatn, sjá myndina. Slíkt línurit sýnir annars vegar hitann T og hins vegar þrýstinginn p. Hverjum punkti á línuritinu samsvara tiltekin gildi á þessum stærðum. Fyrir hvern slíkan punkt getur vatnið getur yfirleitt aðeins verið í einum ham eða fasa. Til dæmis ef hitinn er 20°C og þrýstingurinn 1 loftþyngd (atm), þá er vatnið fljótandi og getur hvorki verið ís né gufa, ef það er í varmajafnvægi við umhverfi sitt.

Ef við tökum hins vegar punkt sem liggur á einhverjum ferlinum sem sýndur er á fasaritinu, þá geta tveir hamir vatns verið þar til staðar í jafnvægi. Til dæmis ef þrýstingurinn p er 1 loftþyngd og hitinn 0°C, þá getur vatnið verið bæði í storkuham (ís) og í vökvaham (fljótandi) og þessir tveir hamir geta verið í jafnvægi sem ákvarðast þá til að mynda af því hversu langt bráðnun íssins hefur gengið. Ef p = 1 atm og T = 100°C, þá getur vatnið bæði verið í vökvaham og gasham (vatnsgufa). Ef hitinn er hins vegar til dæmis T = 50°C þá er hægt að minnka þrýstinginn þar til vatnið sýður; vökvahamurinn og gashamurinn eru þá í jafnvægi.

Í svokölluðum þrípunkti vatns geta allir hamir eða fasar vatns verið til staðar í jafnvægi. Þessi punktur er því sérstaklega áhugaverður og hann er tekinn til viðmiðunar í þeirri skilgreiningu eðlisfræðinnar á einingunni kelvín sem nú er viðtekin.

Línan sem afmarkar vökvaham og gasham tekur enda í ákveðnum punkti sem kallast markpunktur (e. critical point). Engin skýr skil eru milli vökvahams og gashams þegar bæði þrýstingur og hitastig eru fyrir ofan markpunkt.

Rétt er hjá spyrjanda að suðumark vatns lækkar með minnkandi þrýstingi, eins og við getum lesið úr hamskiptaritinu (línan milli gufu og fljótandi vatns hallast niður á við til vinstri). Þegar hitinn fer niður fyrir þrípunktinn sjáum við líka að línan liggur þá á milli íss og gufu en það þýðir að það eru þessir tveir hamir sem eru þar í jafnvægi og ísinn breytist þar beint í gufu. Þetta kallast þurrgufun (e. sublimation) og má með réttu segja að þar sé ís að sjóða.

Þurrgufun vatns á sér ekki stað nema við þrýsting sem er mun lægri en venjulegur loftþrýstingur. Þess vegna verðum við sjaldan vitni að þurrgufun vatns. Hins vegar þekkja margir þurrís (CO2(s)) og vita ef til vill að hann fer beint úr storkuham í gasham, frá því að vera fast efni og yfir í lofttegund. Þar gerist það við „venjulegan” loftþrýsting og hita.

Heimildir:

  • Wolfson, Richard og Pasachoff, Jay M., Physics with modern physics for scientists and engineers, Reading, Massachusetts: Addison-Wesley Longman, Inc. 1999.
  • Vefsetur Britannicu
  • Mynd: lumenlearning.com. Íslenskur texti settur inn af ritstjórn Vísindavefsins.

Höfundar

Einar Örn Þorvaldsson

háskólanemi og starfsmaður Vísindavefsins

Þorsteinn Vilhjálmsson

Þorsteinn Vilhjálmsson

prófessor emeritus, ritstjóri Vísindavefsins 2000-2010 og ritstjóri Evrópuvefsins 2011

Útgáfudagur

18.5.2001

Spyrjandi

Sigurður Viðarsson

Efnisorð

Tilvísun

Einar Örn Þorvaldsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Suðumark vatns lækkar við minnkandi þrýsting, en getur ís soðið?“ Vísindavefurinn, 18. maí 2001. Sótt 3. desember 2021. http://visindavefur.is/svar.php?id=1622.

Einar Örn Þorvaldsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. (2001, 18. maí). Suðumark vatns lækkar við minnkandi þrýsting, en getur ís soðið? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=1622

Einar Örn Þorvaldsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Suðumark vatns lækkar við minnkandi þrýsting, en getur ís soðið?“ Vísindavefurinn. 18. maí. 2001. Vefsíða. 3. des. 2021. <http://visindavefur.is/svar.php?id=1622>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Suðumark vatns lækkar við minnkandi þrýsting, en getur ís soðið?
Best er að byrja á því að skoða hamskiptarit eða fasarit fyrir vatn, sjá myndina. Slíkt línurit sýnir annars vegar hitann T og hins vegar þrýstinginn p. Hverjum punkti á línuritinu samsvara tiltekin gildi á þessum stærðum. Fyrir hvern slíkan punkt getur vatnið getur yfirleitt aðeins verið í einum ham eða fasa. Til dæmis ef hitinn er 20°C og þrýstingurinn 1 loftþyngd (atm), þá er vatnið fljótandi og getur hvorki verið ís né gufa, ef það er í varmajafnvægi við umhverfi sitt.

Ef við tökum hins vegar punkt sem liggur á einhverjum ferlinum sem sýndur er á fasaritinu, þá geta tveir hamir vatns verið þar til staðar í jafnvægi. Til dæmis ef þrýstingurinn p er 1 loftþyngd og hitinn 0°C, þá getur vatnið verið bæði í storkuham (ís) og í vökvaham (fljótandi) og þessir tveir hamir geta verið í jafnvægi sem ákvarðast þá til að mynda af því hversu langt bráðnun íssins hefur gengið. Ef p = 1 atm og T = 100°C, þá getur vatnið bæði verið í vökvaham og gasham (vatnsgufa). Ef hitinn er hins vegar til dæmis T = 50°C þá er hægt að minnka þrýstinginn þar til vatnið sýður; vökvahamurinn og gashamurinn eru þá í jafnvægi.

Í svokölluðum þrípunkti vatns geta allir hamir eða fasar vatns verið til staðar í jafnvægi. Þessi punktur er því sérstaklega áhugaverður og hann er tekinn til viðmiðunar í þeirri skilgreiningu eðlisfræðinnar á einingunni kelvín sem nú er viðtekin.

Línan sem afmarkar vökvaham og gasham tekur enda í ákveðnum punkti sem kallast markpunktur (e. critical point). Engin skýr skil eru milli vökvahams og gashams þegar bæði þrýstingur og hitastig eru fyrir ofan markpunkt.

Rétt er hjá spyrjanda að suðumark vatns lækkar með minnkandi þrýstingi, eins og við getum lesið úr hamskiptaritinu (línan milli gufu og fljótandi vatns hallast niður á við til vinstri). Þegar hitinn fer niður fyrir þrípunktinn sjáum við líka að línan liggur þá á milli íss og gufu en það þýðir að það eru þessir tveir hamir sem eru þar í jafnvægi og ísinn breytist þar beint í gufu. Þetta kallast þurrgufun (e. sublimation) og má með réttu segja að þar sé ís að sjóða.

Þurrgufun vatns á sér ekki stað nema við þrýsting sem er mun lægri en venjulegur loftþrýstingur. Þess vegna verðum við sjaldan vitni að þurrgufun vatns. Hins vegar þekkja margir þurrís (CO2(s)) og vita ef til vill að hann fer beint úr storkuham í gasham, frá því að vera fast efni og yfir í lofttegund. Þar gerist það við „venjulegan” loftþrýsting og hita.

Heimildir:

  • Wolfson, Richard og Pasachoff, Jay M., Physics with modern physics for scientists and engineers, Reading, Massachusetts: Addison-Wesley Longman, Inc. 1999.
  • Vefsetur Britannicu
  • Mynd: lumenlearning.com. Íslenskur texti settur inn af ritstjórn Vísindavefsins.
...