Всім знайома картина: на кухонній плиті на вогні стоїть каструля з водою. Вода з холодною поступово стає гарячою, на її поверхні з'являються перші бульбашки, і незабаром вже вся вона весело вирує. Що таке теплота пароутворення води? Дехто з нас пам'ятає зі шкільної програми, що температура води при природному атмосферному тиску не може перевищувати 100 °C. А хто не пам'ятає або не вірить, може скористатися відповідним термометром і переконатися, дотримуючись заходів безпеки.


Але як таке може бути? Адже під каструлею як і раніше горить вогонь, він віддає свою енергію рідини, і куди ж вона подінеться, якщо не нагріває воду? Відповідь: енергія витрачається на перетворення води в пару.

Куди ж іде енергія

У звичайному житті ми звикли до трьох станів навколишнього нас матерії: твердому, рідини та газів. У твердому стані молекули жорстко фіксовані в кристалічній решітці. Але це не означає їх повної нерухомості, при будь-якій температурі, лише б вона була хоч на градус вище -273 °C (це абсолютний нуль), молекули вібрують. Причому амплітуда вібрації залежить від температури. При нагріванні енергія передається частинкам речовини, і ці хаотичні рухи стають інтенсивнішими, а потім досягають в певний момент такої сили, що молекули покидають гнізда решітки – речовина стає рідиною. У рідкому стані молекули тісно пов'язані між собою силою тяжіння, хоча й не фіксовані в певній точці простору. При подальшому накопиченні речовиною тепла хаотичні вібрації частини молекул стають такі великі, що сила притягання молекул одна до одної долається, і вони розлітаються. Температура речовини перестає рости, вся енергія передається тепер таким і таким партіям частинок, і так, крок за кроком, вся вода з каструлі заповнює кухню у вигляді пари.


Кожна речовина вимагає певної енергії для здійснення цього процесу. Теплота пароутворення води, як і інших рідин, скінченна і має конкретні значення.

В яких одиницях вимірюється

Будь-яка енергія (хоч руху, хоч теплоти вимірюється в джоулях. Джоуль (Дж) названий так на честь знаменитого вченого Джеймса Джоуля. Чисельно енергію в 1 Дж можна отримати, якщо на відстань 1 метр штовхати якесь тіло з силою в 1 Ньютон. Раніше для вимірювання теплоти використовували таке поняття, як «калорія». Вважалося, що тепло – це така фізична субстанція, яка може текти або випливати з будь-якого тіла. Чим більше «натекло» її у фізичне тіло, тим воно гаряче. В старих підручниках ще можна зустріти цю фізичну величину. Але її нескладно перевести в джоулі, досить помножити на 419. Енергія ж, необхідна для перетворення рідини в гази, називається питомою теплотою пароутворення. Але як її порахувати? Одна справа перетворити в пар пробірку води і інша справа – бак парового двигуна величезного судна. Тому, приміром, для Н 2 О, в теплотехніці оперують поняттям "питома теплота пароутворення води" (Дж/кг - одиниця виміру). І ключове слово тут «питома». Вважається кількість енергії, яка необхідна для перетворення в пар 1 кг рідкої субстанції.
Позначається величина латинським литером L. Вимірюється величина в джоулях на 1 кг.

Скільки енергії вимагає вода

Питома теплота пароутворення води вимірюється так: в ємність наливається кількість N, доводиться до кипіння. Енергія, витрачена на пароутворення літра води, і буде шуканим значенням. Вимірявши, чому дорівнює питома теплота пароутворення води, вчені були трохи здивовані. Для перетворення на газ вода вимагає енергії більше, ніж всі поширені на Землі рідини: вся лінійка спиртів, зріджені гази і навіть більше, ніж такі метали як ртуть і свинець. Отже, теплота пароутворення води виявилося дорівнює 226 мДж/кг Для порівняння:

у ртуті - 0282 мДж/кг;

у свинцю - 0855 мДж/кг

А якщо навпаки?

А що відбувається, якщо звернути процес назад, змусити рідина конденсуватися? Нічого особливого, відбувається підтвердження закону збереження енергії: при конденсації одного кілограма рідини з пари виділяється рівно така ж кількість тепла, яку потрібно затратити на перетворення її назад в пар. Тому частіше в довідкових таблицях зустрічається термін «питома теплота пароутворення і конденсації». До речі, той факт, що при випаровуванні теплота поглинається, з успіхом використовується у побутовій і промисловій техніці для створення штучного холоду.