رابطه نقطه جوش با فشار بخار ( آزمایش رامسی - یانگ )

زمانی که فشار محیط بنا به هر دلیلی کاهش پیدا کند ، فشار بخار ماده سریعتر با فشار محیط برابر میشود ، یعنی زودتر به جوش می آید ، نهایتا نقطه ی جوش نیز پائین می آید . این تغییرات دمایی نسبت به تغییرات فشار توسط فردی بنام کلاپیرون بررسی شده است .

زمانی که فشار محیط بنا به هر دلیلی کاهش پیدا کند ، فشار بخار ماده سریعتر با فشار محیط برابر میشود ، یعنی زودتر به جوش می آید ، نهایتا نقطه ی جوش نیز پائین می آید . این تغییرات دمایی نسبت به تغییرات فشار توسط فردی بنام کلاپیرون بررسی شده است .

مزر مایع – بخار
برای یک ماده ف آنتروپی تبخیر در دمای T برابر H/T∆ است . بنابراین رابطه ی کلاپیرون برای مرز مایع – بخار عبارتند از :
 
Hvap∆  مثبت است ،  Vvap∆ بزرگ و مثبت است لذا  dP/dTمثبت ولی بسیار کوچکتر از مقدار آن برای مزر جامد – مایع است . چون  dT/dP بزرگ است ، از اینرو دمای جوش بسیار حساستر از دمای انجماد به فشار است .

از آنجا که حجم مولی گاز بسیار بزرگتر از حجم مولی مایع است بنابراین میتوان چنین نوشت :

 
اگر گاز ( بخار ماده مورد نظر ) رفتار کامل داشته باشد میتوان  رابطه ی کلاپیرون را چنین بازآرایی کرد :


معادله ی فوق به معادله ی کلازیوس – کلاپیرون معروف است . این معادله امکان پیش بینی تغییرات فشار بخار با دما را به ما می دهد و نشان می دهد که چگونه دمای جوش با تغییر فشار  تغییر می کند .
اگر آنتالپی تبخیر را مستقل از دما فرض کنیم ، می توانیم انتگرال فوق را به ترتیب زیر حل کنیم :


باید به این نکته توجه کرد که رابطه ی بدست آمده در محدوده ی دمایی و محدوده ی فشار معینی قابل استفاده است و در نقطه ی بحرانی و بالاتر از آن صدق نمیکند . به کمک این رابطه میتوان ، فشار بخار مایع را در نزدیکی دمای جوش معمولی آن به تقریب پیدا کرد . یعنی برای محاسبه Hvap∆  باید فشار هایی را اعمال کرد که نقاط جوش نزدیک به مقدار معمول بدست آید .
 اگر تغییرات دما و فشار زیاد باشد نمیتوان از این رابطه استفاده کرد ، چون مقدار Hvap∆  نسبت به تغییر دما ، تغییر خواهد کرد.
در روش رامسی – یانگ ، مقدار اندکی از مایع برای اجرای آزمایش کافی است و در فشار های مختلف که مانومتر آنرا نشان می دهد ، میتوان نقطه ی جوش را از روی ترمومتر قرائت کرد .
مانومتر دستگاه فشارسنج برای اندازه گیری فشار گازها است.


دستگاه رامسی – یانگ
این دستگاه از قسمت ها و بخش های مختلف تشکیل شده است که هر کدام نفش خاصی را در این آزمایش ایفا می کنند . این قسمت ها عبارتند از :

A= لوله متصل به قیف چکاننده که مایع مورد نظر در آن ریخته میشود
B =  ترمومتر که در داخل حمام قرار دارد
C =  ترمومتر که با پنبه یا پشم شیشه پوشیده شده
D =  ظرف پایدار کننده فشار
E =  دریچه ورود هوا جهت افزایش فشار سیستم
F =  تله که درداخل بشرحاوی یخ و نمک قراردارد وجهت جمع آوری بخارات بکار میرود
G =  پمپ خلا
I  =  مانومتر
K =  حمام آب گرم


شرح آزمایش :
مایع مورد نظر را در محفظه ی قیف چکاننده ریخته و خلا را تا جایی اعمال می کنیم که فشار درون سیستم  حدود cmHg 20 شود . شیر قیف را به آرامی باز کرده و آنرا طوری تنظیم می کنیم که تقریبا در هر 6 ثانیه یک قطره بچکد . جریان مایع باید طوری تنظیم شود که هر قطره ی ریخته شده قبل از ریختن قطره ی قبلی روی پنبه تبخیر شود.
مایع روی پنبه در اثر تراکم بخار گرم میشود و به دنبال تبخیر آن محیط سرد میشود تا جایی که تعادلی بین مایع و بخار برقرار شود . این دما ، دمای ثابتی است که باید آنرا یادداشت کنیم . این دما همان نقطه ی جوش جسم در فشار 20 cmHg می باشد . دریچه E باز می کنیم تا کمی هوا وارد سیستم شده و فشار آن تا حدود 30 cmHg افزایش یابد . دمای جوش را نیز در این فشار تعیین می کنیم . این عمل را برای فشار های 40،50،60 cmHg تکرار کرده و نقطه ی جوش را با استفاده از روابط  و رسم نمودار بدست آورید.