Температура кипения дистиллированной воды
Дистиллированная вода – это очищенная вода H2O, в которой практически не содержится каких-либо примесей. Обычно ее используют в медицинских, технических или исследовательских целях.
Дистиллированная вода не предназначена для питья или приготовления пищи. Такую воду производят в специальном оборудовании – дистилляторах, где происходит выпаривание пресной воды и последующая конденсация пара.
Данный процесс называется «дистилляция». После дистилляции все присутствовавшие в воде примеси остаются в выпаренном остатке.
Температура кипения дистиллированной воды будет такой же, как и у обычной водопроводной воды — 100 градусов Цельсия. Разница же заключается в том, что дистиллированная вода будет закипать быстрее по времени, нежели пресная.
Однако этот показатель практически не отличается от времени закипания обычной воды: разница состоит в считанных долях секунды.
Вся правда об испарении
В обычном состоянии молекулы воды связаны друг с другом. Лишь самые быстрые из них, чья энергия выше остальных, умудряются улетать из кастрюли. Это называется испарение. Оно, кстати, происходит не только с поверхности, но и в объеме жидкости.
Вода всегда содержит в себе растворенный воздух. В результате увеличения температуры его растворимость уменьшается, и он стремится наверх. Когда его давление становится равно или выше атмосферного давления, происходит кипение. И мы видим, как десятки, а затем сотни маленьких пузырьков устремляются наверх.
Обычно вода кипит при температуре 100 °С. Но это «обычно» для каждого своё. В Гималаях, например, вода кипит при 70 °С. Пониженное атмосферное давление в горах означает, что молекулам воды нужно меньше энергии, т.е. тепла, чтобы испариться. Поэтому пытаться размягчить бобы или отварить пасту на высоте – медленное самоубийство.
Но если вы взяли с собой скороварку, то вы снова в игре. Ни одна приличная горная семья не обходится без этого устройства. Принцип его работы прост: герметичная крышка не позволяет образовавшемуся пару ускользнуть. Оставаясь внутри, он увеличивает давление на жидкость, поэтому молекулам нужно больше энергии, чтобы закипеть. Так средняя скороварка или автоклав, который работает по той же схеме, в среднем увеличивает температуру закипания воды на 20 °С. Независимо от того, готовите вы свое рагу в горах, на плато или в пещере.
Таким образом, температура кипения воды определяется давлением окружающей среды. Чем оно ниже, тем при более низкой температуре закипает жидкость, и наоборот. Кстати, профессиональные повара, путешествуя по миру со своими блюдами, всегда делают поправку на высоту над уровнем моря.
Вам крышка
Идею с созданием внутреннего давления можно использовать, даже когда хочешь просто вскипятить воды летом. Обычная крышка на кастрюле позволит вам помыться немного быстрее – с ней вода будет горячее в среднем на 12 °С.
Но не всё так просто. Вселенной есть, чем удивить вас, уважаемые повара. Допустим, вы решили сварганить рагу в духовом шкафу. Выставляем температуру на 140 °С, засовываем гусятницу внутрь, сидим и спокойно наслаждаемся воскресным утром на кухне. В конце концом, температура внутри блюда должна дойти до 100 °С, верно? Нет. Все дело в испарительном охлаждении. Молекулам при испарении требуется огромное количество энергии, которую они попросту забирают у самой жидкости, охлаждая её. Поэтому рагу в открытой посуде в духовке дойдет примерно до 85 °С. Но есть и хорошие новости: это оптимальная температура для приготовления такого блюда.
Почему в горах вода закипает быстрее?
- Информация о материале
- Категория: Физика
Вода, нагретая на уровне моря до 100°С (212°F), начинает кипеть. Это означает, что внутри объема жидкости происходит образование пузырьков водяного пара и подъем их к поверхности. Вода закипает, потому что при данной температуре давление насыщения водяного пара слегка превышает атмосферное давление.
На больших высотах над уровнем моря атмосферное давление существенно уменьшается и вода кипит при более низких температурах. И наоборот, если давление над жидкостью увеличивается, например, когда вода находится ниже уровня моря или в скороварке, кипение происходит при более высокой температуре. Иллюстрация под текстом показывает температуры кипения на различных высотах над уровнем моря.
Фактор тепла и высоты
Ближний график справа показывает взаимосвязь между давлением насыщенного пара и температурой. При высоких температурах давление насыщенного пара быстро растет. Вода закипает, когда давление насыщенного пара начинает слегка превышать атмосферное давление. Именно поэтому при падении атмосферного давления уменьшается и температура кипения. На дальнем графике справа приведена зависимость температуры кипения воды от высоты над уровнем моря. Чем больше высота, тем ниже температура, при которой вода начинает кипеть.
Кинетическая энергия
В процессе перехода воды в газообразное состояние важную роль играет кинетическая энергия (энергия движения) молекул. Когда энергетический уровень высок, многие молекулы испаряются, разрывая связи, удерживающие их в жидком состоянии. При низком давлении (верхний рисунок под текстом) молекулы приобретают достаточно энергии для формирования газовых пузырьков кипения без добавления большого количества тепла. Ближе к уровню моря необходимо больше тепла (красная стрелка на нижнем рисунке под текстом), чтобы парообразование имело место.
Уменьшение времени приготовления пищи
В скороварках, как, например, той, что показана на рисунке справа, создается постоянное повышенное давление. На уровне моря эти герметичные кастрюли увеличивают температуру кипения воды до 121 °С (250°F). Более высокая температура кипения означает, что продукты будут готовиться быстрее, экономя время.
На продольных разрезах вверху показаны механизмы скороварки, предупреждающие чрезмерное повышение давления. Все они — предохранительный клапан (левый рисунок), регулятор давления (средний рисунок) и уплотнение ободка (правый рисунок) — помогают контролировать давление путем выпуска пара в атмосферу.
Вредно ли смешивать и пить кипяченую воду с сырой?
Не раз слышу о «вреде» такого смешивания. Приводят причины, начиная от структурированной воды, до накопления ядовитой тяжёлой воды.
Структурированная вода. Эта идея появилась не у физиков, не у химиков и не биологов, а у гомеопатов. Да, у тех, кто разводит печень барбарийской утки в таких количествах, когда не остается ни одной молекулы «действующего» вещества. Но это отдельная тема.
Что такое вода? Это молекулы, между которыми образуются временные водородные связи, из-за чего вода может быть жидкой и даже твёрдой. Молекулы постоянно образуют скопления (агрегаты), время жизни которых невероятно мало из-за теплового движения. При достижении температуры 100 °С (нормальное давление), тепловое движение настолько сильное, что водородные связи рушатся и молекулы разлетаются в стороны — вода кипит. При 0 °С водородные связи настолько сильны, что сдерживают молекулы — вода переходит в твёрдое состояние. Так вот, исследования говорят, что время жизни водородных измеряется пикосекундами (10^-12 секунд).
Тяжёлая вода — оксид дейтерия (изотопа водорода). Дело в том, что в природе всегда содержится очень малое количество тяжёлого водорода, но правда по большей части, в виде полутяжёлой воды (атом кислорода, атом протия, атом дейтерия). Количество в природе около 0,015% (в людях тоже). Миф появился видимо у людей, знакомых немного с химией, базируется на небольшой разнице в температурах кипения тяжёлой и обычной воды. Однако, чтобы упариванием получить хоть чуть-чуть тяжёлой (полутяжёлой) воды — вам придётся упарить столько воды, сколько нет на Земле. Проще из водопроводной воды намыть золото
К тому же, тяжёлая вода не настолько токсична. Можно спокойно выпить пару стаканов, почти весь дейтерий выйдет через несколько дней. Чтобы получить существенный вред здоровью, надо пить тяжёлую воду вместо обычной в течении продолжительного времени, чтобы заменить в организме хотя бы 25-50% атомов протия (обычного водорода).
Что касается тяжёлых металлов и прочих весьма вредных веществ, то существуют нормы водопроводный воды. Чтобы превысить норму, вам придётся делать следующее — кипятить воду, пока не останется 5-10% объема, профильтровать через бумажный фильтр, чтобы избавиться от накипи, долить чистой воды и снова упаривать до 5-10%. Повторять это придётся много раз. Очень много раз. Не пить её в процессе, чтобы не потерять ценные примеси. Вы всегда так пьёте чай?
А так, да, если просто выпить сырую воду с кипячёной, будет примерно также, как выпить сырую воду.
Просто о сложном: все о кипении воды в чайнике, температуре и других нюансах процесса
Кипячение воды в чайнике – насущное ежедневное занятие. Однако далеко не каждый знает, от чего зависит температура закипания, сколько времени понадобится, чтобы в тех или иных условиях довести чайник до нее и каковы причины возникающих при этом различных неполадок.
Рассмотрим детально основные аспекты этого процесса: какова температура кипения воды в чайнике, от чего зависит закипание жидкости и т.д.
Какие факторы влияют на закипание?
На кипение влияет множество факторов:
- количество воды;
- наличие примесей;
- емкость, в которой она содержится;
- температура окружающей среды;
- высота, где происходит кипячение;
- давление атмосферы;
- мощность источника тепла.
Также часть тепла забирает ёмкость, в которой содержится вода, ведь она должна дойти до нужной температуры ещё раньше, чем ее содержимое. Поэтому посуда с более тонкими стенками, сделанная из легко проводящего тепло материала, например, металла, лучше подходит для кипячения.
От массы, а значит и от объёма вещества, кипение находится в обратной зависимости. Чем больше вес, тем больше энергии требуется на его нагревание, тем дольше будет необходимо ждать.
При прочих равных условиях вода без соли и других примесей закипает несколько быстрее, чем солёная. Однако, если концентрация соли очень низкая, этой разницы может быть практически незаметно.
Давление также влияет на процесс. Чем оно выше, тем дольше будет закипать вода, потому что давление атмосферы как бы удерживает пузырьки газа внутри, а испаряться она начинает тогда, когда давление пара уравнивается с атмосферным.
Эта разница мало заметна, если сравнивать первый этаж жилого дома с пятым, однако становится ощутима, если речь идёт, например, о подъеме в горы.
В вакууме температура кипения всех веществ очень сильно снижается из-за понижения давления, обычно отличие составляет 100-200 градусов. Для воды она стремится к нулю по мере уменьшения количества воздуха, оставшегося в сосуде.
Не менее важны характеристики источника тепла. Чем больше его мощность, то есть количество выделяемой им энергии за единицу времени, тем быстрее идет процесс кипячения. На практике это означает, что на более сильном огне или при большей температуре конфорки на электроплите вода закипит скорее.
Какова t пара кипящей жидкости?
Образующийся во время кипения чайника пар имеет одинаковую температуру с кипящей водой. Так как вся энергия в этом процессе направлена именно на его превращение.
Поэтому пока вся жидкость не испарится, нагрев пара останется на одинаковом с ней уровне. При этом пар может получить дополнительную энергию, а значит, и повысить температуру, но только в замкнутом пространстве, например, в скороварке.
Как быстро остывает после?
Остывание зависит от тех же факторов, что и нагрев: от объема, температуры окружающей среды.
Например, электрочайник, вскипевший за пять минут, будет остывать около двух часов, чтобы дойти до комнатной температуры.
Если объем воды большой, то остывание при прочих равных займет более длительный промежуток времени, а чем холоднее воздух вокруг, тем быстрее охладится и сам кипяток. Его температура будет опускаться до того момента, пока не сравняется с окружающей.
Температура пара при кипении воды
Пар – это газообразное состояние воды. Когда пар поступает в воздух, то он, как и другие газы, оказывает на него определенное давление.
В процессе парообразования величина температуры пара и воды будет оставаться постоянной до тех пор, пока не испарится вся вода. Такое явление объясняется тем, что вся энергия (температура) направлена на превращение воды в пар.
В данном случае образуется сухой насыщенный пар. Высокодисперсные частицы жидкой фазы в таком паре отсутствуют. Также пар может быть насыщенным влажным и перегретым.
Насыщенный пар с содержанием взвешенных высокодисперсных частиц жидкой фазы, которые равномерно распределены по всей массе пара, называется влажным насыщенным паром.
В начале закипания воды образуется именно такой пар, который затем переходит в сухой насыщенный. Пар, температура которого больше температуры кипящей воды, а точнее перегретый пар, можно получить только с использованием специального оборудования. При этом такой пар будет близок по своим характеристикам к газу.
Какой должна быть температура жидкости для ускорения процесса?
Чем выше начальная температура воды, тем скорее она закипит.
В зависимости от внешних условий, это происходит при разной температуре. Так, вода кипит ста градусах при атмосферном давлении в 1 атмосферу или 760 мм.рт.ст. (норм. атмосферное давление).
Чтобы быстрее закипеть, она должна быть нагретой почти до 100 градусов.
Но не все так просто! Чем ниже показатель атмосферного давления в данной местности, тем скорее начинается кипение воды.
Так, в городке Эль-Альто, который расположен высоко в Андах (4 тысяч метров н.у.м.), атмосферное давление меньше нормы на 39%. Там достаточно довести температуру воды примерно до 85,5 градусов, чтобы она начала кипеть.
Чтобы иметь возможность готовить еду, для чего требуется более высокая температура, жители Эль-Альто кладут соль. Это немного задерживает закипание и позволяет продуктам развариться.
Что еще влияет на скорость закипания?
На этот показатель влияют:
Наличие в воде примесей. Раньше закипит чистая. Перед закипанием молекулы примесей, не способных улетучиваться, занимают на поверхности место молекул воды, покинувших жидкость. Они тормозят процесс кипения.
- Атмосферное давление. Закипание происходит, когда давление внутри пузырьков становится равным атмосферному, и они получают возможность всплывать на поверхность.
- То, в какой, открытой или закрытой посуде происходит кипячение. В открытой посуде происходит испарение воды. При этом улетают молекулы с большей кинетической энергией. В результате внутренняя энергия воды уменьшается. Для закипания требуется ее повысить с помощью нагревателя. Для этого требуется время.
От чего зависит время закипания?
Скорость вскипания напрямую зависит от следующих факторов:
- вид посуды, в которую она налита;
- место, на котором она кипятится;
- диаметр источника нагревания;
- температура нагревания;
- количество (чем еще больше, тем больше времени потребуется для ее закипания);
- изолированность емкости (в таре, накрытой крышкой, процесс ускоряется);
- размер посуды (чем больше ее диаметр, тем меньше потребуется времени для кипячения);
- изначальная температура самой водной среды (уже подогретая или теплая закипит быстрее, чем холодная);
- добавление в воду веществ, уменьшающих потерю ею тепла (растительное масло).
На скорость вскипания влияет также давление. Если оно пониженное, то процесс кипения начинается при достижении водой температуры меньше 1000С. При повышении давления время закипания увеличивается
Справка. . Водная среда не начнет кипеть при температуре 1000С. Для этого потребуется более высокая температура.
Как долго кипятится в чайнике и кастрюле?
В двух указанных видах емкостей вода закипает через разное время. В чайнике она вскипает гораздо быстрее. Особенно это касается электрического чайника.
Для закипания в нем литра воды достаточно 3-х минут. Чайник на газовой плите закипает через 7-10 минут. Больше всего времени требуется для начала бурления воды в чайнике, греющемся на электроплите. На это уходит порядка 10-15 минут.
На вскипание воды в кастрюле уходит разное количество времени. Играет роль тип используемой плиты.
Чтобы началось кипение в кастрюле, греющейся на газовой плите, в среднем нужно подождать 6-7 минут.
На электроплите кипение начинается в кастрюле через 8-10 минут. На современных индукционных электроплитах вода в кастрюле закипает очень быстро. Чтобы вскипятить литр достаточно 3-4 минут.
Важно. Чем больше налито в чайник или кастрюлю, тем больше времени уходит на закипание
Кипение в вакууме
Что будет, если воздух начнет все более и более разряжаться, стремясь к вакууму? Понятно, что температура кипения тоже начнет уменьшаться. И когда же сможет закипеть вода?
Если понизить давление до 10–15 мм рт. ст. (в 50–70 раз), то температура кипения уменьшится до 10–15 ℃. Такой водой можно охладиться.
При дальнейшем снижении давления Тк будет уменьшаться и может достигнуть температуры замерзания. В этом случае в жидком состоянии вода просто не сможет существовать. Она будет переходить изо льда сразу в газ. Это случится примерно при 4,6 мм рт. ст.
Достичь абсолютного вакуума невозможно, но сильно разряженную атмосферу можно получить, если откачивать из сосуда с водой воздух. В результате такого эксперимента можно увидеть, когда именно закипает жидкость.
Давление понижается не только при откачке воздуха. Оно снижается возле быстро вращающегося винта, например, корабельного. В этом случае возле его поверхности тоже начинается кипение. Такой процесс назвали кавитацией. Во многих случаях такое явление нежелательно, но иногда оно приносит пользу. Так, кавитацию используют в биомедицине, промышленности и при очистке поверхностей ультразвуком.
§ 9-1. Кипение жидкости
В 8-м классе вы узнали, что у жидкости может быть много значений температуры кипения. Дело в том, что в жидкости всегда имеется растворённый в ней газ, с которым тесно связано кипение (рис. 60.1). Если нагревать на плите сосуд с водой, то у его стенок воздух начнёт выделяться в виде пузырьков. В эти пузырьки испаряется вода, поэтому в них в воздухе находится насыщенный водяной пар. С ростом температуры давление насыщенного пара увеличивается гораздо быстрее, чем давление остального газа. Поэтому можно считать, что давление внутри пузырьков в нагретой жидкости практически равно давлению насыщенного пара. На пузырьки, кроме силы тяжести их содержимого, действуют силы гидростатического давления воды и атмосферного давления воздуха. Однако если сосуд не слишком глубокий, то гидростатическое давление значительно меньше атмосферного и им можно пренебречь.
Рис. 60.1 
Рис. 60.2
С ростом температуры объём пузырьков быстро увеличивается, что влечёт за собой увеличение выталкивающей силы. Когда сила Архимеда, действующая на пузырёк, становится больше силы тяжести его содержимого, он начинает всплывать (рис. 60.2). Достигнув поверхности жидкости, пузырьки лопаются, поскольку давление насыщенного пара, которым они заполнены, немного превышает внешнее давление. Пар выходит наружу — жидкость кипит. Таким образом, жидкость начинает кипеть при такой температуре, при которой давление насыщенного пара равно (точнее, чуть больше) внешнему давлению.
Если понижать давление над поверхностью жидкости, она будет кипеть при более низкой температуре. Так, например, при температуре 20 °C давление насыщенного водяного пара 2,338 кПа. Если, используя насос, понизить давление над поверхностью жидкости до этого значения, то вода закипит при комнатной температуре.
Понижение температуры кипения жидкости при уменьшении внешнего давления используют при работе холодильника. При нормальном атмосферном давлении жидкий фреон кипит при температуре около 30 °С. Уменьшая давление, температуру кипения фреона можно сделать ниже 0 °С. При работе компрессора в испарителе холодильника создаётся пониженное давление, и фреон начинает превращаться в пар, отнимая часть внутренней энергии от стенок камеры.
При увеличении внешнего давления температура кипения жидкости возрастает. Так, например, в кастрюлях-скороварках создаётся давление около 200 кПа, а температура кипения воды при этом достигает 120 °С. В таких условиях продолжительность приготовления пищи существенно сокращается.
Если же воду поместить в герметически закрытый сосуд, во всех частях которого температура одинакова, то она не закипит при нагревании до температуры кипения, равной при нормальном атмосферном давлении 100 °С. Действительно, в этом случае над водой находится её насыщенный пар, давление которого равно давлению внутри пузырьков. А, как отмечалось ранее, кипение жидкости начинается тогда, когда давление насыщенного пара внутри пузырьков хотя бы немного превышает внешнее давление.
Отметим, что жидкость не будет кипеть, если каким-либо образом удалить из неё и со стенок равномерно прогретого сосуда воздух. Например, воду, подготовленную таким образом, можно нагреть выше 100 °С, однако она не закипит. Такую жидкость, температура которой выше температуры её кипения в обычных условиях, называют перегретой.
Перегретую жидкость используют в пузырьковых камерах для визуализации треков заряженных частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света.
С перегретой жидкостью необходимо обращаться очень осторожно. Любое возмущение (резкое перемещение сосуда, появление источника газа или какого-либо предмета в жидкости) может привести к её немедленному взрывообразному вскипанию
1. Чем отличается кипение от испарения?
2. При каком условии происходит кипение жидкости?
3. Почему температура кипящей при определённом внешнем давлении жидкости остаётся постоянной?
4. Может ли вода кипеть при температуре ниже 100 °С? выше 100 °С?
Заключение
Время закипания воды зависит от целого ряда факторов. Основными из них являются емкость, в которой она кипятится, и место ее приготовления. Быстрее всего она закипает в электрочайнике.
Также вскипание происходит быстрее при использовании индукционной плиты. На кипячение уходит больше времени, если вода готовится на электроплите. Дольше всего кипячение происходит на открытом огне. Процесс вскипания можно ускорить, накрыв емкость крышкой.
Также рекомендуется выбирать для кипячения тару с широким дном и использовать конфорки или другие источники нагревания с большим диаметром.
