Πώς σχετίζεται η μεταφορά και η ακτινοβολία της αγωγιμότητας με το νόμο της ενέργειας διατήρησης όταν βράζουν νερό;
1. Μηχανισμοί μεταφοράς ενέργειας
* Conduction: Μεταφορά θερμότητας μέσω άμεσης επαφής. Η πηγή θερμότητας (π.χ., ένα σθεναρό) μεταφέρει θερμότητα στη κατσαρόλα και στη συνέχεια το δοχείο μεταφέρει θερμότητα στα μόρια του νερού σε άμεση επαφή με αυτό.
* CONVECTION: Μεταφορά θερμότητας μέσω της κίνησης υγρών. Καθώς το νερό στο κάτω μέρος του δοχείου θερμαίνεται, γίνεται λιγότερο πυκνό και αυξάνεται. Το ψυγείο, το πυκνότερο νερό βυθίζεται για να πάρει τη θέση του, δημιουργώντας ένα ρεύμα κυκλοφορίας που διανέμει θερμότητα σε όλο το νερό.
* Ακτινοβολία: Μεταφορά θερμότητας μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ενώ είναι λιγότερο σημαντικό σε βραστό νερό σε σύγκριση με την αγωγιμότητα και τη μεταφορά, κάποια μεταφορά θερμότητας συμβαίνει μέσω υπέρυθρης ακτινοβολίας από το δοχείο ή το περιβάλλον περιβάλλον στο δοχείο.
2. Νόμος της διατήρησης της ενέργειας
Ο νόμος της διατήρησης των ενεργειακών κρατών ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, μετασχηματίζεται μόνο από τη μία μορφή στην άλλη. Σε βραστό νερό, αυτό σημαίνει:
* Εισαγωγή ενέργειας: Το μαγειρικό στρώμα παρέχει θερμική ενέργεια (θερμότητα) στο νερό.
* Μετασχηματισμός ενέργειας: Αυτή η θερμική ενέργεια αναγκάζει τα μόρια του νερού να δονείται γρηγορότερα, αυξάνοντας την κινητική τους ενέργεια.
* Ενεργειακή έξοδος:
* Αλλαγή φάσης: Καθώς το νερό θερμαίνεται, η ενέργεια πηγαίνει στο σπάσιμο των δεσμών μεταξύ των μορίων του νερού, προκαλώντας τη μετάβαση του υγρού σε αέριο (ατμός). Αυτό απαιτεί σημαντική ποσότητα ενέργειας.
* Απώλεια θερμότητας: Κάποια ενέργεια χάνεται στο περιβάλλον μέσω της μεταφοράς και της ακτινοβολίας, αλλά αυτό είναι συνήθως μικρότερη ποσότητα από την ενέργεια που χρησιμοποιείται για το βρασμό.
3. Ο κύκλος
1. Το μεταβαλλόμενο στύλο μεταφέρει θερμότητα στο δοχείο (αγωγιμότητα).
2. Το δοχείο μεταφέρει θερμότητα στο νερό (αγωγιμότητα).
3. Τα ρεύματα μεταφοράς διανέμουν τη θερμότητα σε όλο το νερό.
4. Τα μόρια του νερού απορροφούν τη θερμότητα, αυξάνοντας την κινητική τους ενέργεια.
5. Όταν το νερό φτάνει τους 100 ° C (212 ° F) σε τυπική ατμοσφαιρική πίεση, η είσοδος ενέργειας πηγαίνει να σπάσει τους δεσμούς μεταξύ των μορίων του νερού, προκαλώντας το να βράσει και να μετατραπεί σε ατμό.
Στην ουσία, ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας επιβεβαιώνεται επειδή η ενέργεια που παρέχεται από τη σόμπα μετατρέπεται στην κινητική ενέργεια των μορίων του νερού και στην ενέργεια που απαιτείται για να αλλάξει η φάση της από υγρό σε αέριο. Μια μικρή ποσότητα ενέργειας χάνεται στο περιβάλλον, αλλά η πλειοψηφία χρησιμοποιείται για να βράσει το νερό.
