Vyparovanie a var

Máme kvapalinu a chceme z nej získať paru. Tu treba dôsledne rozlíšiť dva pojmy, ktoré sa v bežnej reči často zamieňajú: vyparovanie a var.

Vyparovanie prebieha z povrchu kvapaliny a pri ľubovoľnej teplote. Aby sme pochopili, ako to funguje, treba si uvedomiť jednu vec o teplote. Teplota kvapaliny je vlastne mierou priemernej kinetickej energie jej častíc, teda súčtu kinetických energií všetkých molekúl podeleného ich počtom. Jednotlivé molekuly však nemajú rovnakú rýchlosť. Pohybujú sa náhodne, neustále do seba narážajú a pri každej zrážke si vymieňajú energiu. Niektoré sa pritom spomalia, iné naopak získajú výrazne viac energie, než je priemer. Ak sa taká rýchla molekula dostane až k povrchu a cestou o svoju energiu nepríde v ďalších zrážkach, dokáže prekonať priťažlivé sily susedných molekúl a uniknúť do vzduchu.

Var je oproti tomu prudké vyparovanie v celom objeme kvapaliny, pri ktorom sa bubliny pary tvoria nielen na povrchu, ale aj vnútri kvapaliny. Keď kvapalinu zahrievame, čoraz viac molekúl má dosť energie na únik a nad hladinou sa hromadí stále viac pary. Jej tlak, ktorý voláme tlak nasýtenej pary, s teplotou rastie. Bubliny pary sa síce snažia vznikať aj vnútri kvapaliny, no zvonku na ne pôsobí atmosférický tlak zhora a tlak okolitej kvapaliny zo strán. Pokiaľ je tlak pary v bubline menší než tento vonkajší tlak, bublina sa okamžite stlačí a zanikne. Vo chvíli, keď sa tlak nasýtenej pary vyrovná atmosférickému tlaku, už vonkajší tlak bubliny nestlačí. Bubliny sa udržia, rastú a stúpajú nahor. Vtedy nastáva var a teplotu, pri ktorej k tomu dochádza, voláme teplota varu $t_v$.

Z tohto vysvetlenia je hneď jasné, prečo teplota varu závisí od tlaku okolia. Vo vysokých horách je atmosférický tlak nižší, takže tlak nasýtenej pary mu stačí dorovnať už pri nižšej teplote. Na vrchole Mount Everestu preto voda vrie už pri približne $70\ ^\circ\mathrm{C}$. V tlakovom hrnci je to naopak. Tlak je vyšší, voda vrie približne pri $120\ ^\circ\mathrm{C}$ a jedlo sa uvarí podstatne rýchlejšie.

Teplo potrebné na premenu kvapaliny na paru voláme skupenské teplo vyparovania a počítame ho vzťahom

Veličina$l_v$ je hmotnostné skupenské teplo vyparovania, teda teplo na premenu jedného kilogramu kvapaliny na paru. Zaujímavé je, že jeho hodnota s rastúcou teplotou klesá a pri takzvanej kritickej teplote, ku ktorej sa dostaneme pri fázovom diagrame, klesne až na nulu.

Kondenzácia je opačný dej. Para sa mení späť na kvapalinu a pritom uvoľní rovnaké teplo $L_v = m \cdot l_v$. Práve preto sú parné kúrenia také účinné, pri kondenzácii pary sa uvoľní obrovské množstvo energie. S kondenzáciou súvisí aj jeden častý omyl. Biely obláčik nad kanvicou totiž nie je para. Skutočná vodná para je úplne neviditeľná. To, čo vidíme, sú už drobné skondenzované kvapôčky vody. Para z kanvice narazí na chladnejší vzduch, ochladí sa pod rosný bod a okamžite kondenzuje. Rovnako vzniká aj para z úst v zime či ranná hmla.