Teorie varu z hlediska kinetické teorie látek

Aby mohl vůbec vzniknout normální var kapaliny, musí v ní být pohlcen vzduch. Při zahřívání se pak vzduch vypuzuje, a to tak, že se na dně, resp. na stěnách skleněné nádoby, v níž je kapalina, tvoří malé bublinky.

Bublinka se na dně, resp. na stěně nádoby drží díky přilnavosti vody ke sklu. Označme maximální sílu přilnavosti F. Na bublinku působí směrem vzhůru vztlaková síla (V je objem bublinky, hustota kapaliny, g tíhové zrychlení), tíhu bublinky naplněné vzduchem a vodní párou lze zanedbat. Bublinka se neodtrhne a nevznese, pokud je < F neboli V < , kde je maximálně možný objem bubliny. Za druhé jde o stálost objemu bubliny. Zvnějšku působí na bublinu tlak vzduchu b, hydrostatický tlak vody h a kapilární tlak pod zakřiveným povrchem , kde je povrchové napětí vody, r poloměr kapky. Celkový tlak zvenku je tedy

.

Uvnitř bubliny je tlak vzduchu , jak plyne ze stavové rovnice plynu (n je počet molů vzduchu v bublině, tedy číslo velmi malé, R = 8,31*103 J.kmol-1K-1 je molární plynová konstanta), a dále tlak sytých vodních par p. Ten závisí na teplotě T. Tedy celkový tlak uvnitř bubliny je tedy

.

Pokud je teplota vody nízká (blízká 0°C), je vnější tlak na bublinku větší než tlak vnitřní, bublinka buď nevznikne, nebo je vnějším tlakem rozdrcena. Objem V je přitom menší než objem . S rostoucí teplotou T se vnější tlak na bublinku nemění, vnitřní tlak na bublinku však roste. Při určité teplotě se oba tlaky vyrovnají

.

Bublina je v rovnováze. Přitom rychlejším vypařováním vzroste v ní hlavně tlak sytých par, objem bubliny přitom vzroste, vzroste i poloměr r. Pak lze třetí člen na pravé straně zanedbat vůči b a v nehlubokých nádobách také hydrostatický tlak h. V rovnováze pak platí

.

Přítomnost vzduchu a jeho tlaku je k udržení rovnováhy bubliny nutná. Bez něho by bylo p < b a bublina by byla vnějším tlakem rozdrcena, kondenzovala by. Při dalším zvýšení teploty vzroste tlak p, až přesáhne nepatrně tlak b, bublina se začne rozpínat, až přesáhne krajní objem a odtrhne se. Ale podobně jako při odkapávání vodních kapek se bublina neodtrhne celá, nýbrž zůstane na dně, resp. na stěně nádoby jakýsi zárodek, bublina malého objemu, která opět roste, až se odtrhne, zanechá další zárodek atd. Tak se var při teplotě dané vztahem p(T) = b jeví jako periodický děj odtrhávání bublinek.

Pokračovat

Obsah

Úvodní rozdělení