¿El vapor es más caliente que el agua hirviendo?

Esta pregunta puede explorar un par de escenarios. Pero primero, una transición hacia la comprensión de la metaestabilidad.

Ladrillos y la metaestable


Digamos que tienes un ladrillo. Le pido que lo coloque en una posición para que no se caiga. Lo colocas de pie, como en la imagen de arriba. El ladrillo no se mueve. Está en equilibrio con su entorno.

Pero es un equilibrio inestable. Si le doy un empujón, el ladrillo se caerá fácilmente. Ahora, el ladrillo está en un estado más estable.

Puedes hacer lo mismo con el agua. Si agrega calor al agua, puede sobrecalentarlo para que no hierva a pesar de que la temperatura del agua haya superado su punto de ebullición. En este estado, el agua es metaestable , o un poco estable, pero no muy estable, ya que me gusta pensar en ello porque todo lo que se necesita es un poco de energía para alcanzar un equilibrio más estable (en este caso, hirviendo).

Esto se puede hacer usando agua destilada, pero probablemente no sucederá con el agua del grifo debido a todas las impurezas que facilitan la ebullición del agua, como lo demuestra este video:

En este ejemplo, el agua puede superar su punto de ebullición y, por lo tanto, vapor que podría formarse a la misma presión.

PERO mencionaste el agua hirviendo, lo que implica que el agua no se está sobrecalentando.

Del mismo modo, el vapor también se puede sobrecalentar e incluso sobreenfriar (¡aunque es mucho menos fácil hacerlo!). En el caso del sobreenfriamiento, el agua hirviendo también sería más caliente que el vapor a la misma presión. Lo contrario sería cierto para el vapor sobrecalentado.

Huevos hirviendo en el Monte Everest

Consejo profesional: no lo hagas, ¡tus huevos siempre estarán poco cocinados! El agua hierve a una temperatura más baja en la elevación porque la presión atmosférica es más baja. Ahora, el vapor sobre la superficie del agua hirviendo estará a la misma temperatura que el agua hirviendo, pero si interpretamos la pregunta de manera holgada, podemos hacer un poco de trampa haciendo vapor a baja presión y compararlo con el agua hirviendo. a una mayor presión.

En este caso, el agua hirviendo a “alta presión” estará a una temperatura más alta que el vapor a baja presión, un escenario donde el agua hirviendo no es más caliente que el vapor.

Aquí, lo contrario también es cierto. Puede hervir agua a una presión más baja y, por lo tanto, a una temperatura más baja, y compararla con vapor saturado a una presión más alta y verá que el vapor está más caliente.

En casa, haciendo té

En circunstancias normales, cuando hierve agua en la vida cotidiana, el vapor que produce al calentar el agua hasta su punto de ebullición tendrá exactamente la misma temperatura que el agua que está hirviendo.

Nota: esto no significa que el contenido de energía sea el mismo. El vapor tiene MUCHA más energía que el agua a la misma temperatura.

Por ejemplo, el vapor a 100 ° C contiene más de seis veces la cantidad de energía que el agua hirviendo a 100 ° C (ver aquí: Tablas de vapor saturado).

La respuesta a su pregunta es entonces: sí y no.

Puede ser.

Cuando hierve agua, el vapor que sale es la misma temperatura en el agua. Si pierde calor (suponiendo que la presión no cambia), entonces se condensa de nuevo en un líquido. Pero, si continúa calentando el vapor (a diferencia del líquido), se calentará, como cualquier otra cosa.

Hay 4 buenas respuestas aquí, pero todavía quiero tirar mis 2 centavos. Hay una diferencia entre “calor” y “transferencia de calor”. ¿El vapor es más caliente que el agua hirviendo? Si ambos están a presión atmosférica (14.7 psia), ambos están a la temperatura de 100C o 212F. Entonces no, no hay diferencia de temperatura.

Como se mencionó en otros carteles, si aumenta la presión, también lo hará el punto de ebullición. Por lo tanto, el agua caliente y el vapor a una presión de 18.7 psia, solo un aumento de 4 psia, están a una temperatura de ebullición de 224.4. Entonces la temperatura ha aumentado, pero ha aumentado para ambos.

Para aumentar la temperatura del vapor por encima de la del agua caliente, tendría que hervir toda el agua y continuar agregando calor hasta que se “sobrecaliente”, lo que significa que está a una temperatura superior al punto de ebullición. Un ejemplo de esto es una olla a presión. La olla a presión aumenta la presión del agua caliente / vapor para que hierva a alta temperatura. Dentro del recipiente, el vapor está a la misma temperatura que el agua. Pero ahora el vapor se escapa del pequeño puerto que tenemos encima de la olla a presión. Ahora está a la temperatura más alta, pero la presión y la temperatura de ebullición correspondiente han descendido a los niveles atmosféricos. Entonces, si ese vapor salía de la olla a presión junto a una olla abierta de agua hirviendo en la estufa, el vapor estaría a una temperatura más alta que la olla de agua hirviendo … pero solo hasta que se enfriara o fuera absorbido por el aire .

Esa es la temperatura, ¿qué pasa con la transferencia de calor? La energía necesaria para convertir un líquido en vapor se denomina “calor de vaporización”. Se necesita eliminar esa misma energía para condensar un vapor en un líquido. Para el agua, el calor de vaporización a presión atmosférica es de 970 Btu / lb. En comparación, la definición de una BTU es la energía que se necesita para cambiar 1 libra de agua por 1 grado F.

Así que imagina este escenario, pones tu mano en una olla de agua hirviendo que ya no recibe calor de la estufa. Si su mano absorbe 1 BTU, el agua caerá 1 grado. Escenario imposible, lo sé, pero si fuera lo suficientemente rápido, probablemente no se quemaría demasiado. En comparación, si deja que se condense 1 libra de vapor en su piel, recibirá 970 Btu de calor y su mano no se sentirá bien.

Para una mayor comparación, digamos que sacó el pequeño jiggler de la válvula de la olla a presión y dejó que expulse el vapor directamente a 224F pero a la presión atmosférica. Ahora metió la mano y dejó que 1 libra de ese vapor transfiriera suficiente energía a su mano para enfriarse a 212F … no se condensa, solo se enfría. Eso transferiría algo menos de 6 BTU de calor a tu mano. Probablemente no lo notarías.

¿Cuál es el punto de todo esto? Bueno, muchas personas sienten que el vapor de una olla de agua hirviendo es “más caliente” que el vapor que sale de la olla a presión. El vapor de la olla a presión es realmente más caliente, pero tiene una tasa de transferencia de calor mucho menor que el vapor de condensación. Entonces el vapor de condensación parece más caliente. El agua hirviendo, en comparación, parece aún más caliente. En este caso, no es que la tasa de transferencia de calor sea mayor, es porque hay una masa mucho mayor de agua caliente. Llevaría algún tiempo esperar a que se condense 1 libra de vapor en su mano, pero una libra de agua puede convencer el calor en su piel muy rápidamente.

En caso de que alguien sea lo suficientemente tonto, no intentes nada de esto en casa. Meter la mano en una olla de agua hirviendo es tonto, incluso si es para la ciencia.

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