¿Se necesita más energía para evaporar un litro de agua en el vacío y, de ser así, por qué?

Obtuve esta información y quiero saber si es correcta y, de ser así, ¿por qué se necesita más energía para evaporar el agua en el vacío en comparación con ningún vacío?

Vacío:

se necesitan 4200 J/kg para aumentar la temperatura del agua en 1 °C, por lo que 1 kg de agua necesita ((50 °C-25 °C) × 4200 J) = 105 kJ de energía para pasar de 25 °C a 50°C. Luego, para evaporar por completo ese kg de agua se necesitan 2386 kJ, aproximadamente 23 veces la cantidad de energía de calentamiento. Energía total (2386+105) =2491 kJ

Atmosférico

se necesitan 4200 J/kg para aumentar la temperatura del agua en 1 °C, por lo que 1 kg de agua necesita ((100 °C-25 °C) × 4200 J) = 315 kJ de energía para pasar de 25 °C a 100°C. Luego, para evaporar por completo ese kg de agua, necesita 2260 kj, aproximadamente 7 veces la cantidad de energía de calentamiento. La energía total (2260 + 315) es 2575kj

No estoy seguro de cómo obtuviste tu pregunta de tu cita. 105 kJ/kg en el vacío y 315 kJ/kg en la atmósfera es decididamente menos energía en el vacío.
¿Puedes decir de dónde sacaste esta información? Creo que sería al revés, se necesitaría MENOS energía para que el agua se evapore en el vacío, no más energía.
¿Cuál es el significado de las temperaturas en su pregunta: 25 °C, 50 °C y 100 °C? Recuerda que el agua no necesita hervir para evaporarse. La evaporación ocurre cuando la presión de vapor del agua a cierta temperatura es mayor que la presión parcial del vapor de agua en la atmósfera circundante, y la ebullición ocurre cuando la presión de vapor es mayor que la presión total de la atmósfera circundante.
El agua hervirá felizmente hasta 0 grados centígrados en el vacío, sin necesidad de energía adicional. El calor del agua paga el cambio de fase hasta que se congela (entonces comenzará a sublimar en lugar de evaporarse). También se evaporará con su propio calor (pero no hervirá) lentamente en la atmósfera, como cuando los platos se secan, etc.
@AndyNewman: menos energía para llegar al punto de ebullición a 50 ° C, pero comparativamente se necesita más energía para mantener la evaporación de la que se necesita para alcanzar el punto de ebullición.
@SolomonSlow, la importancia de la temperatura es que el agua hervirá a una temperatura más baja (digamos 50 ° C) en algún vacío, por lo que se necesita menos calor (energía) para llegar al punto de ebullición y forzar la evaporación. Pero luego, de acuerdo con mi fuente de información, y en contra de la intuición, no se necesita mucha menos energía para mantener esta ebullición y evaporar completamente el agua que en una atmósfera estándar. Entonces, estoy tratando de entender por qué se requiere ~ 23 veces más energía para mantener la ebullición que la necesaria para hervir inicialmente, mientras que solo aproximadamente x 7 veces más en una atmósfera estándar.
@silverrahul: lo pregunto porque estoy de acuerdo contigo, parece ser al revés. Mi fuente de información es un fabricante de calderas de vacío.
¿Podemos aclarar si mantenemos la ebullición en el vacío o en un recipiente que estaba vacío cuando comenzamos el proceso de evaporación pero que ahora se está llenando de vapor?

Respuestas (2)

La temperatura de ebullición del agua depende de la presión a la que se hace hervir. Debido a esto, el agua hervirá en un amplio rango de temperaturas, hasta su temperatura crítica de 374 grados C, a una presión de 217,7 atmósferas, que es la temperatura crítica y la presión crítica respectivamente.

Si realiza un experimento en el que coloca 1 litro de agua en un recipiente cerrado de 2 litros y se asegura de que solo el vapor de agua llene el espacio de vapor, encontrará que la densidad del agua líquida y el vapor de agua varían con la temperatura. A medida que aumenta la temperatura, la densidad del líquido disminuye (como se esperaba) y la densidad del vapor aumenta porque la presión de vapor del agua aumenta con la temperatura, lo que hace que se evapore más agua en la fase de vapor (es decir, aumenta la presión). Este efecto continúa hasta el punto crítico, donde la densidad del líquido y la densidad del vapor se igualan. A la temperatura crítica y superior, solo existe una fase de agua en el recipiente (una fase supercrítica). Obviamente, no puede hervir agua en este punto porque ya no existen fases separadas de líquido y vapor.

Entonces, para responder a la pregunta "¿se necesita más energía para evaporar un litro de agua en el vacío y, de ser así, por qué?", ​​tenga en cuenta que el calor de vaporización del agua se vuelve cero en el punto crítico. A medida que la presión y la temperatura del recipiente al que se hace referencia anteriormente descienden desde el punto crítico, aumenta el calor de vaporización del agua. Debido a que la evaporación en condiciones de baja presión (es decir, condiciones de vacío) ocurre a bajas temperaturas, se necesita más energía para evaporar una determinada cantidad de agua que en condiciones estándar (p. ej., 1 atmósfera). Por contradictorio que parezca, la evaporación (también conocida como ebullición) del agua en condiciones de vacío ocurre a baja temperatura, pero se requiere más calor para evaporar una cantidad determinada de agua en esas condiciones. Sin embargo, tenga en cuenta una advertencia: esta conclusión se basa únicamente en la evaporación (también conocida como ebullición) del agua a una temperatura constante, lo que significa que el agua ya está en su punto de ebullición y no hay calentamiento para llevarla a su punto de ebullición. Si se requiere dicho calentamiento, deberá especificar una temperatura inicial para el agua, varias temperaturas (o presiones) finales que le interesen y evaluar cada situación para determinar la cantidad total de calor requerida.

Gracias... Tengo la sensación de que sabes de lo que estás hablando. Pero usted dijo: "Por contradictorio que parezca, la evaporación (también conocida como ebullición) del agua en condiciones de vacío ocurre a baja temperatura, pero requiere más calor para evaporar una cantidad determinada de agua en esas condiciones". ¿No es lo mismo que decir, a menor temperatura, se necesita más calor para hacer el trabajo? Contraintuitivo es un eufemismo :-)
@Owen "temperatura" no significa lo mismo que "calor". El calor es fácil de explicar: el calor es equivalente a la energía cuando hablamos el lenguaje de la termodinámica. La temperatura es más complicada: no soy físico, y tal vez no lo haga del todo bien, pero es proporcional a algo similar a la energía cinética promedio de las moléculas de la sustancia.
@Owen, "más calor para evaporar ..." significa más energía para romper los enlaces que mantienen las moléculas de H2O cerca unas de otras en agua líquida. Si las moléculas no tienen mucha energía cinética (baja temperatura), entonces tiene sentido que se necesitaría más energía para separarlas. Por encima de la temperatura crítica de la que habló David White, ya tienen suficiente energía para separarse entre sí sin necesidad de agregar calor adicional.
@Owen, ten paciencia conmigo un poco. En mi opinión, el uso común del idioma inglés tiende a conducir a conceptos erróneos de física. El calor no es "caliente"... es energía. La temperatura te dice qué tan concentrada está esa energía, pero un julio es un julio, sin importar la temperatura que exista. Ese concepto es difícil de aceptar porque "todo el mundo sabe" que el calor es caliente (con suerte, entiendes mi alusión con respecto a esta afirmación). Y para responder a tu primera frase, sí, sé de lo que hablo. Tengo una maestría en ingeniería química y tengo 21 años de experiencia industrial.

el punto de ebullición del agua depende de la presión, por lo que en el vacío el agua se evaporará a cualquier temperatura,

El agua se evapora muy bien en STP, como lo pueden atestiguar las toallas en el baño.
Esto no es muy correcto. El agua se evapora a temperaturas muy por debajo de los 100°C incluso en la atmósfera. Además, esto no responde la pregunta en absoluto.
tienes razón, debería haber dicho hervir en lugar de evaporar.
¿Se necesita más energía para evaporar un litro de agua en el vacío y, de ser así, por qué?
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