沸點與大氣壓力

沸點與大氣壓力及公式

觀察水在空氣漸漸抽離成真空的過程，會產生什麼變化??
1.開始抽空氣了，水有點小變化，開始冒少許氣泡
《壓力降低,水中融解的二氧化碳等溶解度降低,從水中析出,所以產生微小氣泡.》
2.繼續抽，水開始劇烈沸騰了
《壓力降低,沸點降低,當壓力大到使沸點低於周圍室溫時,水便開始沸騰.》
3.沸騰得越來越厲害！漸漸另有變化…
《氣/液系統平衡打破,導致水揮發出水蒸氣,(出現大量氣泡)》
4.抽空一分半鐘後的情況，開始結冰
《水沸騰時會吸熱(即汽化吸熱),而周圍又沒有其他熱源,只能吸收自身熱量,最後降到0度結冰.》
5.抽空2分鐘時的情況，...全結冰了


■水的沸點與壓力的關係式，可近似地從下列公式求出：
logP=A+(B/T) ，
       式中P為蒸汽壓，T為絕對溫度(沸點)，A、B為常數。

(但經過驗證，此公式只在小範圍內是有效的，還是得參考水的相圖為準。)
(而不同物質，自然沸點與壓力的關係式和對應圖都是不同的。)

■水的三維三相圖：(三相同時共存的溫度是攝氏0.1度)

■水的二維相圖：
水的三相點(三相同時存在)是：攝氏0.0098度 與4.58mmHg氣壓；
水在4℃(精確值為3.98℃)時的體積最小、密度最大，D = 1g/mL。


■水之壓力與沸點之相對關係表：
(出自於19997 ASHRAE Fundamentals Handbook(SI))

解釋名詞 : Pa , kPa
帕斯卡（符號Pa）是國際單位制（SI）的壓強單位。在不致混淆的情況下，可簡稱帕。它等於一牛頓每平方米。以法國數學家、物理學家、化學家、音樂家、宗教家、教育家、氣象學家、兼哲學家布萊士·帕斯卡命名。
1 Pa= 1 N/m² = 1（m·kg·s^-2）/m² =1（m^-1·kg·s^-2）= 0.01毫巴（mbar）= 0.00001巴（bar）

= 十萬分之一（公斤力/平方厘米）
同樣的單位也可表示應力和楊氏模量。
標準大氣壓是101325 Pa = 101.325 kPa = 1013.25 hPa = 1013.25 mbar = 760 Torr（ISO 2533）.

全世界的氣象學家長期以毫巴測量氣壓。推出SI單位後，很多氣象學家仍偏好保存習慣性壓力數據。因此，氣象學家今天對氣壓使用「百帕」（hPa）以等於毫巴，而其他幾乎不用詞頭百（hecto, h）的領域的類似壓力以千帕（kPa）測量之。

1百帕（hPa）= 100 Pa = 1 mbar
1千帕（kPa）= 1000 Pa = 10 hPa
1千帕（kPa）= 1000 Pa = 10 hPa

帕斯卡與其他單位的轉換

單位換算按此連結: 國家度量衡標準實驗室

http://www.nml.org.tw/components/com_unitconv.asp?sm_id=182&cat_id=64

真空的定義：一特定空間內的部分氣體被排出，其壓力小於一大氣壓。

※ 真空（Vacuum）並非〝真正的空〞，即使以目前技術所及的超高真空狀態，仍然有為數可觀的氣體分子存在。
※ 表示真空的常用單位：托耳（torr）
※ ∵ 1 atm ＝ 760 mmHg ＝ 760 torr = 1013mbar = 14.7psi
＝ 101,325 Pa（Pascal）
＝ 101,325N/m2

＝ 1,013mbar（毫巴，氣象學常用單位）
＝ 1.03327kg/cm2

＝ 7.6×10⁵ micron = 760000 micron

∴ 1 torr＝ 1 mmHg
＝（101,325N/m2）/760
＝ 133.32 N/m2

常用氣體壓力單位換算:

1 mbar（毫巴)= 100 pa = 0.75 Torr

1 Torr = 1.33 mbar =133pa

真空的分類：
1. 粗略真空（Rough vacuum）：760~1 torr
2. 中度真空（Medium vacuum）：1~10-3 torr
3. 高真空（High vacuum）：10-3~10-7 torr
4. 超高真空（Ultra-high vacuum）：10-7 torr 以下

蒸氣壓與沸點 (Boiling Point)

每一種物質在一密閉系統中，當其液態和氣態達到一動態平衡時，我們稱這時候物質蒸氣的壓力為飽和蒸汽壓。物質的蒸氣壓只隨物質的種類和溫度變化，所以定溫下純物質皆有固定的蒸氣壓。不過蒸氣壓和溫度變化為一非線性關係，有興趣的同學可參考Clausius-Clapeyron relation。
當液體的蒸氣壓等於液面上的大氣壓力時，液體的內部會發生劇烈的汽化現象，此時的溫度稱為沸點。因此，大氣壓力的大小決定了沸點的高低。例如，高山上氣體稀薄，氣壓低，沸點也跟著降低。一般而言，我們稱在大氣壓為一大氣壓(1 atm)下的測得的沸點為「正常沸點」(Normal boiling point)。(圖一中紅圈處為該物質之正常沸點)



談到沸點，第一個想到的就是剛剛提到的，氣壓低導致沸點降低，食物不易煮熟；另一個跟它相反的例子是，壓力鍋的使用，高壓的環境使鍋內水的沸點提高，食物可快速煮熟。其實生活上還有一樣東西是跟沸點有關的，那就是低沸點物質的應用，冷媒。冷媒是利用物質低沸點的特性，可快速汽化，在汽化的過程中帶走系統中大量的熱，達到降溫的效果。1920年以前，人們使用氨，二氧化硫，或氯仿，1928年美國工程師Thomas Midgley開發出無毒、低沸點、低反應性的氯烷(haloalkane)或氟氯昂化合物(Freon)。氟氯昂是俗稱，泛指氟氯碳(chlorofluorocarbon, CFC)或氫氟氯碳化合物(hydrochlorofluorocarbon, HCFC)，但是近年來因為氯烷化合物被認為是臭氧層破洞的元兇，也是造成溫室效應的氣體之一，故1987年9月多個國家於加拿大蒙特婁簽署《蒙特婁議定書》，開始分階段限制氟氯碳化合物的使用。由1996年1月1日起，氯氟碳化合物正式被禁止生產。

參考資料：
1. Vapor pressure. http://en.wikipedia.org/wiki/Vapor_pressure
2. Chlorofluorocarbon. http://en.wikipedia.org/wiki/Chlorofluorocarbon 

http://www.youtube.com/watch?v=etGabk4baxo

EX:  若從標準大氣壓降至4.2460kPa則降低???mmHg

1)101 325 Pa = (101 325 Pa / 133.32Pa) )*1mmHg = 760.01 mmHg

2)4246Pa = (4246Pa /133.32Pa)*1mmHg=31.8477 mmHg

760.01 mmHg -  31.8477 mmHg = 728.1658mmHg(即降低728.1658mmHg)

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4吐出量大，真空度高，完全無油。 4耐水氣、低噪音、有過負荷保護，兩段式結構。 4最適合Gel Dryer使用。

Model	SAA-V109-NQ
1/2HP	110V/60Hz
吐出量	49.5l/min
真空度	749mm Hg