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「見られた鍋は沸騰しません」は調理するときの究極の自明のように見えるかもしれませんが、適切な状況下では、鍋は予想よりもさらに速く沸騰します。キャンプであれ化学であれ、沸点を予測することは困難な場合があります。
TL; DR(長すぎる;読まなかった)
圧力に基づいて沸点を決定するには、方程式、推定、ノモグラフ、オンライン計算機、表、グラフを使用します。
沸点について
沸騰は、液体の蒸気圧が液体の上の大気の気圧に等しいときに発生します。たとえば、海面では、水は212°F(100°C)で沸騰します。標高が上がると、液体の上の大気の量が減るため、液体の沸騰温度が下がります。一般に、大気圧が低いほど、液体の沸点は低くなります。大気圧に加えて、液体の分子間の分子構造と引力が沸点に影響します。一般に、分子間結合が弱い液体は、分子間結合が強い液体よりも低い温度で沸騰します。
沸点の計算
圧力に基づいて沸点を計算するには、いくつかの異なる式を使用します。これらの式は、複雑さと精度が異なります。一般に、これらの計算の単位はメートル法またはシステムインターナショナル(SI)システムであり、温度は摂氏(oC)。華氏に変換するには(oF)、変換T(°F)= T(°C)×9÷5 + 32を使用します。ここで、Tは温度を意味します。大気圧に関しては、圧力単位が相殺されるため、mmHg、bar、psi、または他の単位のいずれの単位を使用するかは、すべての圧力測定値が同じ単位であることを確認するよりも重要ではありません。
水の沸点を計算するための1つの式では、既知の海面での沸点100°C、海面での大気圧、および沸騰が発生する時間と標高での大気圧を使用します。
式BPcorr = BPobs –(Pobs – 760mmHg)x 0.045 oC / mmHgを使用して、水の未知の沸騰温度を見つけることができます。
この式で、BPcorrは海面での沸点を意味し、BPobsは未知の温度、Pobsはその場所の大気圧を意味します。値760mmHgは、海抜00.045水銀柱ミリメートルの標準大気圧です。oC / mmHgは、水銀柱の圧力が1ミリメートル変化するごとに、おおよその水温の変化です。
大気圧が600 mmHgに等しく、その圧力での沸点が不明な場合、式は100°C = BPobs-(600mmHg-760mmHg)x0.045°C / mmHgになります。
方程式を計算すると、100°C = BPobs-(-160mmHg)x0.045°C / mmHgが得られます。簡略化、100°C = BPobs + 7.2。 mmHgの単位は互いに相殺され、単位は摂氏になります。 600mmHgでの沸点を求めると、方程式はBPobs = 100°C-7.2°C = 92.8°Cになります。したがって、海抜約6400フィートの高度である600mmHgでの水の沸点は92.8°C、つまり92.8x9÷5 + 32 = 199°Fになります。
警告
沸点の計算式
上記の方程式は、圧力の変化に伴う既知の温度変化を伴う既知の圧力と温度の関係を使用します。 Clausius–Clapeyron方程式など、大気圧に基づいて液体の沸点を計算する他の方法には、追加の要素が組み込まれています。たとえば、クラウジウス-クラペイロンの方程式では、方程式は、開始圧力を終了圧力で割った自然対数(ln)、材料の潜熱(L)、およびユニバーサルガス定数(R)を組み込みます。潜熱は、気化の速度に影響を与える材料の特性である分子間の引力に関連しています。分子の相互の引力が強いため、潜熱が高い材料は沸騰するためにより多くのエネルギーを必要とします。
沸点の推定
一般的に、水の沸点の低下は、高度に基づいて近似できます。高度が500フィート上がるごとに、水の沸点は約0.9°F下がります。
ノモグラフを使用した沸点の決定
ノモグラフを使用して、液体の沸点を推定することもできます。ノモグラフは3つのスケールを使用して沸点を予測します。ノモグラフには、沸点温度スケール、海面圧力スケールでの沸点温度、および一般的な圧力スケールが表示されます。
ノモグラフを使用するには、ルーラーを使用して2つの既知の値を接続し、3番目のスケールで未知の値を読み取ります。既知の値の1つから始めます。たとえば、海面の沸点がわかっていて、気圧がわかっている場合は、これら2つのポイントを定規で接続します。接続された2つの既知の値からラインを延長すると、その高度での沸点温度がどうあるべきかがわかります。逆に、沸点温度がわかっており、海面での沸点がわかっている場合は、定規を使用して2つのドットを接続し、ラインを延長して気圧を見つけます。
オンライン計算機の使用
いくつかのオンライン計算機は、異なる高度で沸点温度を提供します。これらの計算機の多くは、大気圧と水の沸点との関係のみを示していますが、他の計算機は追加の一般的な化合物を示しています。
グラフと表の使用
多くの液体の沸点のグラフと表が開発されました。表の場合、液体の沸点は異なる大気圧に対して示されています。場合によっては、表には1つの液体とさまざまな圧力での沸点のみが表示されます。他の場合には、異なる圧力のいくつかの液体が表示される場合があります。
グラフは、温度と気圧に基づいた沸点曲線を示します。グラフは、ノモグラフと同様に、既知の値を使用して曲線を作成するか、Clausius-Clapeyron方程式と同様に、圧力の自然対数を使用して直線を作成します。グラフの線は、圧力と温度の値のセットが与えられると、既知の沸点の関係を示します。 1つの値がわかったら、値の線をたどって圧力と温度のグラフの線をたどり、もう一方の軸に向かって未知の値を決定します。