§ 22. Удельная теплота парообразования

Для превращения жидкости в пар необходимо сообщить ей энергию, даже если температура уже достигла температуры кипения. Частицы должны перейти из тесно связанного жидкого состояния в газообразное, а расширяющийся пар может совершать работу. Разные жидкости при одинаковой массе требуют неодинаковой энергии. Это свойство характеризует удельная теплота парообразования L: количество теплоты для превращения одного килограмма жидкости в пар при заданных условиях.

Единицей L служит джоуль на килограмм. Табличное значение обязательно связывают с температурой и давлением, поскольку оно не является одинаковым при любых условиях. В школьных таблицах обычно приведены данные для температуры кипения при нормальном атмосферном давлении. Для воды используют значение около 2,3·10⁶ Дж/кг. Это значительно больше энергии, необходимой для нагревания одного килограмма воды на один градус, что объясняет большие затраты на испарение.

Количество теплоты, необходимое для парообразования массы m, рассчитывают по формуле Q = Lm. При конденсации такого же количества пара в тех же условиях выделяется равная по модулю энергия. Поэтому водяной пар эффективно передаёт энергию при превращении в воду. Если требуется нагреть жидкость перед испарением, сначала находят cmΔt, затем добавляют Lm. Эти слагаемые описывают разные этапы и не заменяют друг друга.

В задачах на конденсацию и охлаждение также полезно составлять последовательность процессов. Сначала пар может превратиться в жидкость, затем образовавшаяся жидкость остывает до конечной температуры. У каждого этапа своё количество теплоты. Важно не считать всю переданную энергию только изменением внутренней энергии пара без оговорок: при парообразовании при постоянном давлении часть энергии связана с работой расширения. Для школьного теплового баланса используют именно переданное количество теплоты по указанным формулам.