Què és l’ebullició?

L’ebullició és un fenòmen que no pel fet d’haver-lo vist mil vegades és menys interessant, tot el contrari! Ara bé, per entendre’l cal saber una sèrie de coses abans, així que comencem pel començament.

Tots sabem que l’aigua s’evapora, si deixem un plat amb aigua al sol durant el temps suficient aquesta aigua “desapareixerà”, o molt millor dit, aquesta aigua s’evaporarà passant de líquid a vapor.

Però, per què s’ha evaporat aquesta aigua?

Imagineu-vos l’aigua com a una gran quantitat de mol·lècules que es mouen aleatòriament. Un got d’aigua sembla que no es mogui, però si el poguéssim mirar amb un microscopi molt potent veuríem que les mol·lècules del líquid no paren de córrer amunt i avall, sense ordre ni concert i canviant de direcció només quan col·lisionen entre elles o amb les parets.

No és res estrany que una mol·lècula corri ràpidament cap a la superfície i hi impacti amb suficient energia com per escapar del líquid i esdevenir vapor: aquesta mol·lècula s’haurà evaporat.

Imagineu-vos ara aigua en un recipient tancat on n’hem fet el buit (és a dir, pressió 0) i on hi hem col·locat un manòmetre per medir la pressió. El què passarà és sorprenent però si heu entès el què acabo d’explicar és força obvi.

A mesura que passi el temps la pressió que ens mostra el manòmetre anirà pujant, el motiu és simple: el líquid està evaporant-se i cada cop hi ha més vapor fent pressió (xocant) amb les parets del recipient.

Però arribarà un punt on la pressió s’estabilitzarà i deixarà de pujar, per què? El protagonista d’aquest segon fenòmen és la condensació: el fenòmen contrari a l’evaporació, imagineu-vos el recipient, a sobre de l’aigua hi ha tot el vapor d’aigua que s’ha evaporat, format per moltes mol·lècules d’aigua que es mouen aleatòriament. No sembla descabellat pensar que alguna d’aquestes mol·lècules pot impactar amb l’aigua i quedar-hi atrapada: aquesta mol·lècula haurà condensat, o el que és el mateix, haurà passat de vapor a líquid.

I el cert és que això passa, quan la pressió deixa de pujar no significa que no s’evaporin més mol·lècules: significa que s’evaporen tantes mol·lècules com en condensen, de manera que als nostres ulls no passa res però a dins del recipient s’hi està produint evaporació i condensació.

Doncs bé, aquesta pressió “màxima” s’anomena pressió de vapor i és característica de cada substància a cada temperatura. En les substàncies més volàtils (com ara l’alcohol) la pressió de vapor és superior perquè les mol·lècules estan menys aferrades entre elles. D’altra banda, aquesta pressió augmenta amb la temperatura, el motiu és simple, quan escalfem un líquid li donem energia, és a dir, fem que les mol·lècules del líquid corrin més, i el fet de fer que corrin més fa que més mol·lècules arribin a la superfície del líquid amb suficient energia (velocitat) com per escapar-ne i evaporar-se.

Doncs bé, entesos aquests conceptes ja podeu entendre què és l’ebullició.

Torneu-vos a imaginar un líquid, aquest cop en una olla. Com ja sabeu, les mol·lècules del líquid es mouen aleatòriament, amunt i avall, amunt i avall… però de cop i volta, per capritxos de l’atzar, tot de mol·lècules col·lisionen en un sol punt i se n’allunyen ràpidament: durant uns breus instants de temps en aquest punt del líquid s’hi farà un petitíssim forat on no hi haurà aigua!

I ara ve l’interessant: aquest forat buit a dins del líquid és el mateix que el nostre recipient tancat amb aigua de dins: les mol·lècules d’aigua líquida del voltant d’aquest forat poden evaporar-se a dins d’aquest forat i omplir-lo de vapor d’aigua.

A temperatures baixes les pressions de vapor de l’aigua són molt baixes, de manera que la pressió atmosfèrica explota aquests forats. Però si escalfem la nostra aigua la pressió de vapor d’aquesta augmenta, de manera que cada cop hi ha més vapor a dins d’aquests forats de buit.

Si escalfem suficientment el nostre líquid arribarà un moment on aquests forats buits que s’hi fan tinguin suficient pressió com per aguantar la pressió atmosfèrica. Quan la temperatura del líquid arribi a aquesta pressió el líquid començarà a bullir!

En el cas de l’aigua, la temperatura que fa que la pressió a dins d’aquestes bombolles sigui d’una atmosfera és… sí! 100°C! És per això que l’aigua bull a 100°C, a menors temperatures els forats de buit no arriben a una pressió suficient per sobreviure a la pressió atmosfèrica.

Espero que tot plegat us hagi sorprès tant com quan m’ho van explicar a classe fa un parell de setmanes

La ràpida lentitud de l’electricitat

Quan premem un interruptor per encendre un llum, a dins del cable s’hi succeeix un flux de càrregues que constitueix el què anomenem corrent elèctric. Fins aquí res de nou, però si us demanessin a quina velocitat van aquestes càrregues segurament diríeu que molt ràpid, al fi i al cap, premem l’interruptor i el llum s’engega instantàniament.

Però el cert és que aquestes càrregues es mouen molt més lentament del què ens pensem.

En cables normals les càrregues que transporten l’electricitat són electrons i es desplacen a només 3,6 centímetres per hora.

Així doncs, com pot ser que premem l’interruptor i el llum s’engegui tant ràpidament? Si el cable fa dos metres els primers electrons haurien d’arribar al cap d’unes 55 hores!

Certament sembla paradoxal, però una analogia amb l’aigua d’una mànega ho pot clarificar molt. Quan donem pas a una mànega de reg, llarga i inicialment buida, l’aigua triga uns quants segons en sortir perquè ha de recórrer tota la manguera. Això no obstant, si la mànega ja està plena d’aigua, aquesta emergeix quasi instantàniament degut a la pressió que fa l’aigua que entra per l’aixeta, que empeny la porció d’aigua de davant i aquesta la de davant i així successivament fins que l’aigua emergeix. Aquesta velocitat s’anomena velocitat de propagació i en el cas de la mànega és la velocitat del so en l’aigua, uns 1.500m/s

Anàlogament, quan premem un interruptor per engegar un llum, un camp elèctric es propaga al llarg de tot el cable a una velocitat propera a la de la llum i els electrons del cable adquireixen gairebé immediatament aquesta velocitat. Així doncs, la càrrega que “entra” a la bombeta és automàticament reemplaçada per una altra càrrega que entra a l’altre extrem del cable, més o menys com en el cas de la mànega però amb electrons enlloc de amb porcions d’aigua.

Així doncs, el trànsit de càrregues per un cable ens l’hem d’imaginar, no com a unes poques càrregues que van molt ràpides, sinó com a una gran quantitat de càrregues que es desplacen lentament però amb una velocitat de propagació molt alta.