Температура кипения воды в чайнике
Кипяток – вода, доведенная до температуры кипения. Как правило, для получения кипятка используются чайники. Остывшая вода, прежде доведенная до кипения, называется кипяченой.
В процессе кипения воды обильно выделяется пар. Процесс парообразования сопровождается выделением из состава жидкости свободных молекул кислорода. Чистая пресная вода закипает в чайнике при температуре 100 градусов С.
В кипятке погибает большинство болезнетворных бактерий за счет длительного воздействия высокой температуры на воду. При кипении из солей, содержащихся в жесткой воде, образуется осадок, который известен нам как накипь.
Обычно кипяченую воду применяют для заваривания кофе и чая, а также для дезинфекции овощей и фруктов и т.д.
Температура кипения и как ее найти на графике
На рисунке 5 представлен температурный график нагревания воды. Температуру кипения можно определить по горизонтальной линии, обозначающую процесс кипения. Нужно продолжить эту линию пунктиром по направлению к вертикальной оси температур. Точка, в которой пунктир упрется в ось и будет температурой кипения жидкости.
Рис. 5. Если на графике температуры найти горизонтальную линию кипения, а потом провести пунктир к оси температуры, мы найдем температуру кипения
Температуры кипения некоторых веществ
Сравним для наглядности значения температуры кипения некоторых веществ.
Нам известно, что температура кипения питьевой воды равна 100 градусам на шкале Цельсия.
При комнатной температуре некоторые вещества пребывают в газообразном состоянии, но при более низких температурах они превращаются в жидкости. Например, кислород превращается в кипящую жидкость при минус 183 градусах Цельсия.
В противоположность этому, вещества, которые мы привыкли видеть твердыми при комнатной температуре, в кипящую жидкость превратятся при более высоких температурах. К примеру, медь станет кипящей жидкостью при 2567 град. Цельсия, а железо – при 2500 град. Цельсия
На рисунке 6 представлен список некоторых веществ и указана температура, при которой эти вещества кипят.
Рис. 6. Таблица — температура кипения некоторых веществ
Расширенный список жидкостей и их температуру кипения можно найти в справочнике физики.
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
.
От чего зависит вскипание жидкости?
Закипание жидкости напрямую зависит от температуры. Чем сильнее нагревается емкость, тем интенсивнее прогревается содержимое внутри нее.
За счет этого вода быстрее вскипает, достигнув температуры кипения.
Вскипание также зависит от давления воздуха, которое оказывается на поверхность. Если оно падает, то и температура закипания снижается. Вскипание наступает быстрее. Если давление увеличивается, то и температура вскипания уменьшается. Для закипания потребуется большее температурное воздействие.
Вскипание зависит также от диаметра дна кастрюли. Чем оно больше, тем скорее содержимое закипит внутри нее.
Многое зависит от вида применяемого источника нагревания. Вода вскипает через разный временной промежуток, если для ее нагрева используется газовая или электрическая плита.
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.
Какие могут быть последствия, если разбавить кипяченую воду сырой
Миф
В народе говорят, что если смешать кипяченую и воду из-под крана, то не избежать негативных последствий. Могут проявиться такие симптомы, как диарея, тошнота, рвота, боль в животе, обострение хронических недугов, как следствие снижения иммунитета.
Это реально, но только при условии, что в некипяченой воде находились болезнетворные микробы или бактерии; жидкость была грязной или вообще неизвестного происхождения. Но если обе воды были чистыми и пригодными для питья, то подобных вещей произойти не может.
Вывод
Спокойно пить кипяченую воду даже после того, как ее разбавили сырой. Это правило распространяется на безопасную для человека воду.
Миф
Очередной миф: в кипяченой воде бактерии из сырой размножаются намного быстрее. Ученые задались целью выяснить, правда ли это. Оказалось, что ничего подобного в действительности не происходит. Если это сладкий чай, который идеально подходит для жизнедеятельности патогенных микроорганизмов, тогда можно говорить об их ускоренном темпе размножения.
Какова температура пара и емкости?
Пар, формирующийся над кипящей водной поверхностью, хорошо проводит тепло. Он нагревается до 100 С. Но такая его температура только у самой водной поверхности. После выделения на поверхность пар стремительно охлаждается. Его градусы падают. Чем дальше от кипящей поверхности, тем меньше градусов становится у пара.
Температура емкости, в которой происходит кипение, составляет те же 100 С. При данном значении посуда отдает воде нужное для закипания количество тепла. При длительном кипении дно емкости нагревается свыше 100 С.
Если у емкости толстые стенки, то ей для закипания воды внутри нее нужен нагрев чуть более 100 С. Она может разогреться и до 110 С, прежде чем содержимое внутри нее начнет кипеть.
Что это за явление?
Кипение — это процесс перехода воды из жидкого агрегатного состояния в газообразное, то есть ее превращение в пар.
От обычного испарения оно отличается высокой степенью интенсивности: если на испарение воды может потребоваться несколько дней или недель, то выкипеть такой же ее объем сможет за считанные часы.
При необходимости ёмкость можно прикрыть, тогда часть пара будет конденсироваться обратно, становясь капельками воды.
Процесс кипения условно можно разделить на два этапа:
- сначала вода нагревается до нужной температуры (при нормальном атмосферном давлении это 100 градусов Цельсия),
- потом происходит её превращение в пар, в течение которого показания термометра уже не меняются.
Однако источник тепла нужен даже на этой стадии, ведь парообразование тоже требует энергетических затрат.
Почему в кипящей воде образуются пузыри пара?
- Информация о материале
- Категория: Физика
Любая жидкость при нагревании со временем достигает температуры, при которой она начинает кипеть. Во время кипения пузыри пара образуются во всем объеме жидкости, поднимаются на ее поверхность и лопаются, высвобождая горячий пар в воздух. Вода кипит при температуре 100°С (212°F).
При температуре кипения каждая молекула имеет достаточно энергии для преодоления сил, удерживающих ее вместе с другими молекулами в виде жидкости. Например, сосуд с кипящей водой содержит воду в жидком состоянии, которая превращается в водяной пар. Поверхностный водяной пар сразу же покидает кипящую воду. Что касается парообразования в толще воды, то там водяной пар формирует пузыри, каждый из которых, поднимаясь вверх, несет в себе миллиарды молекул воды.
Кипящая вода совершает фазовый переход из жидкого состояния в газообразное в процессе, называющемся парообразованием. Жидкости превращаются в пар и при температурах, меньших температуры кипения, в процессе, называющемся испарением. В отличие от кипения испарение происходит только с поверхности в том случае, когда молекулы имеют достаточно энергии, чтобы покинуть жидкость. Хотя испарение с ростом температуры интенсифицируется, пузыри пара образуются только во время кипения.
Рождение и гибель пузырей
- Вода содержит в себе воздух, растворенный или прилипший к попавшим внутрь частицам пыли (рисунок слева). При увеличении температуры воды растворимость воздуха уменьшается, в результате происходит формирование небольших воздушных пузырьков, большинство из которых быстро поднимается вверх и покидает жидкость. Этот процесс не является кипением.
- Когда вода приближается к точке кипения, пузыри водяного пара формируются на пылевых частицах и других примесях (так называемых ядрах парообразования). В этих пузырях температура превышает температуру кипения.
- Все больше водяного пара проникает в первые пузыри. Но так как окружающая вода все еще слишком холодна, эти пузыри конденсируются во время своего подъема и не достигают поверхности.
- Пузыри пара формируются во всем объеме кипящей воды, увеличиваясь в размерах по мере подъема к поверхности. Достигнув поверхности, пузыри лопаются и водяной пар выходит в атмосферу.
Камень для предупреждения выплескивания
Используемые в лабораторной практике дистиллированная вода и другие чистые жидкости, будучи свободными от пыли, недодержат ядер парообразования. В таких жидкостях могут формироваться большие, похожие на пленку пузыри пара, приводящие к опасному выплескиванию кипящей жидкости из сосуда. Специальный пористый камень (снимок справа) предупреждает такое выплескивание, предоставляя свою поверхность для образования многочисленных, постепенно растущих пузырьков пара.
Температура кипения соленой воды
Температура кипения соленой воды превышает температуру кипения пресной воды. Как следствие соленая вода закипает позднее пресной. В соленой воде присутствуют ионы Na+ и Cl-, которые занимают определенную область между молекулами воды.
В соленой воде молекулы воды присоединяются к ионам соли – данные процесс имеет название «гидратация». Связь между молекулами воды значительно слабее связи, образовавшейся в процессе гидратации.
Поэтому при кипении из молекул пресной воды парообразование происходит быстрее.
На закипание воды с растворенной солью потребуется больше энергии, в качестве которой в данном случае выступает температура.
По мере увеличения температуры молекулы в соленой воде начинаются двигаться быстрее, но при этом их становится меньше, ввиду чего они сталкиваются реже. В результате образуется меньше пара, давление которого ниже, нежели у пара пресной воды.
Для того чтобы в соленой воде давление стало выше атмосферного и начался процесс кипения, необходима более высокая температура. При добавлении 60 граммов соли в воду объемом 1 литр температура кипения увеличится на 10 С.
Что такое кипение
Кипение – это:
- бурный переход жидкости в пар. Во всем объеме жидкости образуются пузырьки, пар в этих пузырьках насыщенный;
- эндотермический процесс, он происходит с поглощением энергии.
Примечание: Интересен тот факт, что перед началом кипения от чайника с водой доносится специфический шум.
Различия между испарением и кипением
Характерным проявлением кипения может служить образование пузырьков пара внутри жидкости (рис. 1):
Рис. 1. Во время испарения пар образуется только на поверхности, а во время кипения – во всем объеме жидкости
На следующем рисунке 2 представлены отличия процессов испарения и кипения подробнее:
Рис. 2. Есть два процесса образования пара – испарение и кипение, рисунок поясняет их основные отличия
Испарение происходит при любой температуре с поверхности, а кипение – только при одной конкретной температуре, но во всем объеме жидкости.
Кипятить или нет? Компромисс найден
Разобравшись в свойствах сырой и кипяченой воды, многие ученые задались вопросом: а можно ли совместить полезные характеристики жидкостей и при этом минимизировать их вред для организма. Оказалось, что можно, и для этого не придется прикладывать особые усилия.
Уже сейчас в продаже есть очищенная бутилированная вода, которая не является кипяченой, но при этом не содержит в себе болезнетворные бактерии. Перед укупоркой в бутылки она обязательно проходит лабораторную проверку, и ее химический состав в большинстве случаев является сбалансированным. Тем, кто не хочет тратить деньги на питьевую воду, можно обзавестись домашним фильтром, с помощью которого легко очистить жидкость от песка и тяжелых примесей. Кроме этого, современные фильтры убивают большинство из известных болезнетворных бактерий, так что фильтрованная вода является вполне безопасной и не требует дополнительной обработки.
Еще один вариант получения полезной жидкости – разбавлять примерно в равных пропорциях сырую и кипяченую воду. Это примерно то же самое, что приготовить вкусный напиток из концентрированного сиропа. Только в качестве того самого «сиропа» выступает сырая вода, богатая различными веществами.
Датчиком в этом случае выступают наши рецепторы, которые чутко реагируют на избыток сахара. Вода же является практически безвкусной, поэтому мозг не получает сигнала о том, что пора остановиться. А вот если сырую воду разбавить кипяченой, риск перенасыщения организма всевозможными химическими веществами, в том числе и солями, которые имеют обыкновение откладываться в суставах, будет сведен к минимуму.
Как правильно пить воду
Для тех, кто не хочет утруждать себя вопросами правильного употребления воды, но при этом рассчитывает на то, что организм долгие годы будет работать как часы, можно прибегнуть к методу раздельного потребления жидкости. Он довольно прост и необременителен, если учитывать, что многие из нас и без того его придерживаются.
Заключается он в том, что в определенное время суток организму нужно давать либо сырую, либо кипяченую воду. Но необходимо придерживаться некоторых правил, которые помогут делать это правильно. Например, после пробуждения в нашем организме начинают активироваться различные процессы – ускоряется работа сердца, «включается» головной мозг, начинает действовать мышечная система. Для того, чтобы их запуск прошел успешно, а дальнейшая работа была бесперебойной, организму нужно «топливо», в качестве которого лучше всего использовать сырую воду. Если пить утром сразу после пробуждения 150–200 мл такой жидкости и не принимать пищу в течение 20–30 минут, то «старт» будет максимально эффективным. Более того, жидкости хватит и для того, чтобы начать процесс переработки пищи, которая поступит в организм во время завтрака.
К концу приема пищи у организма возникает потребность в дополнительной жидкости, которая нужна для того, чтобы компенсировать дефицит воды в организме. Возникает он в процессе метаболизма, когда сам организм заимствует воду из крови и клеток. Чтобы восстановить баланс, достаточно выпить чай, кофе или же сок – то есть, фактически кипяченую воду, которой будет вполне достаточно.
Если придерживаться этой простой схемы и насыщать организм сырой водой до еды, а в процессе потребления пищи или же после давать ему кипяченую воду, проблемы со здоровьем будут сведены к минимуму.
Температура кипения соленой воды
Температура кипения соленой воды превышает температуру кипения пресной воды. Как следствие соленая вода закипает позднее пресной. В соленой воде присутствуют ионы Na+ и Cl-, которые занимают определенную область между молекулами воды.
В соленой воде молекулы воды присоединяются к ионам соли – данные процесс имеет название «гидратация». Связь между молекулами воды значительно слабее связи, образовавшейся в процессе гидратации.
На закипание воды с растворенной солью потребуется больше энергии, в качестве которой в данном случае выступает температура.
По мере увеличения температуры молекулы в соленой воде начинаются двигаться быстрее, но при этом их становится меньше, ввиду чего они сталкиваются реже. В результате образуется меньше пара, давление которого ниже, нежели у пара пресной воды.
Для того чтобы в соленой воде давление стало выше атмосферного и начался процесс кипения, необходима более высокая температура. При добавлении 60 граммов соли в воду объемом 1 литр температура кипения увеличится на 10 С.
p>
Кинетическая энергия
Кинетическая энергия нагретого водяного пара активно используется в промышленности. В частности, на основе энергии пара работает такое устройство как паровая турбина. Она представляет собой насаженный на вал массивный диск, на котором закреплены лопасти. На эти лопасти поступает пар, нагретый в паровом котле и имеющий температуру около 600 градусов. Этот пар расширяется в сопло, происходит превращение его внутренней энергии в кинетическую энергию направленного движения. Струя пара, обладающая большой кинетической энергией поступает из сопло на лопасти турбины, приводя турбину во вращение.
Какова температура пара и емкости?
Пар, формирующийся над кипящей водной поверхностью, хорошо проводит тепло. Он нагревается до 100 С. Но такая его температура только у самой водной поверхности. После выделения на поверхность пар стремительно охлаждается. Его градусы падают. Чем дальше от кипящей поверхности, тем меньше градусов становится у пара.
Температура емкости, в которой происходит кипение, составляет те же 100 С. При данном значении посуда отдает воде нужное для закипания количество тепла. При длительном кипении дно емкости нагревается свыше 100 С.
Если у емкости толстые стенки, то ей для закипания воды внутри нее нужен нагрев чуть более 100 С. Она может разогреться и до 110 С, прежде чем содержимое внутри нее начнет кипеть.
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.
Запрет на разбавление чая холодной водой: истоки заблуждения
Есть два типа заблуждений, которые уверяют, что чай разбавлять холодной водой нельзя. Первый — это суеверия. Некоторые верят, что такое действие может повлечь за собой охлаждение чувств со стороны любимого человека. Считается, что к такому ритуалу прибегали (и прибегают) колдуны и ведьмы, чтобы рассорить двух любящих людей. Пожалуй, мы не будем здесь подробно останавливаться на объяснении, почему это суеверие нерационально, и охлаждение в отношениях если и имеет место быть, то точно не из-за чая.
Ведьмы, возможно, оскорбились бы, услышав, что про них выдумывают такие нелепые байки
Второе заблуждение связано не с самим чаем, а со смешением кипячёной и некипячёной («сырой») воды. Сторонники этой теории утверждают, что употребление такого напитка приведёт если не к смерти, то к поносу и рвоте точно. Этот миф заслуживает отдельного внимания и подробного объяснения.
Сторонники «живого питания» и подобных течений утверждают, что после кипячения вода становится «мёртвой». А вот необработанная — «живая», содержит много полезных элементов и очень полезна для организма. При их смешивании наше тело якобы не понимает, к какой категории относить полученную жидкость, и из-за этого происходят сбои в работе кишечника. В результате нам обещают и диарею, и хронические заболевания, и летальный исход. Что, конечно же, неправда.
Миф о вреде кипячёной воды до сих пор не доказан научно
При кипячении вода действительно теряет часть своих элементов и становится более «пустой», но на её «жизненности» это никак не отражается. Просто в такой жидкости концентрация бактерий и вирусов значительно ниже, чем в некипячёной.
Что же происходит при их смешивании? Ничего особенного — просто концентрация микроэлементов становится равномерной (то есть больше, чем у кипячёной, и меньше, чем у «сырой»).
Как понять, что жидкость кипит?
По мере приближения к точке кипения в воде появляется все больше пузырьков. Сначала их можно увидеть на стенках сосуда, а потом они начинают всплывать на поверхность, отчего она становится неровной. Пропустить этот момент сложно из-за характерного бурления.
Присмотревшись, над поверхностью воды можно будет увидеть поднимающийся пар. Если нет цели заставить воду выкипать, стоит снять её с плиты.
Даже спустя некоторое время после этого испарение будет продолжаться, потому что температура не сразу опустится ниже точки кипения. Например, от чашки горячего чая еще некоторое время идет пар.
А может можно обойтись без соли?
Спор о том, насколько быстро закипает соленая или водопроводная вода может длиться бесконечно. Если посмотреть на практическое применение, большой разницы не будет. Это легко объяснимо законами физики. Вода начинает закипать, когда температура достигает 100 градусов. Это значение может стать другим в случае изменения параметров плотности воздуха. Например, вода высоко в горах начинает кипеть при температуре ниже 100 градусов. В бытовых условиях важнейшим показателем становится мощность газовой горелки, а также температура нагрева электрической плиты. От этих параметров зависит быстрота нагрева жидкости, а также время, необходимое для закипания.
На костре вода начинает закипать через несколько минут, так как сжигаемые дрова, выделяют намного больше тепла, чем газовая плита, да и площадь нагреваемой поверхности намного больше. Отсюда можно сделать простой вывод: чтобы добиться быстрого закипания, требуется включить газовую конфорку на максимальную мощность, а не добавлять соль.
Любая вода начинает кипеть при одинаковой температуре (100 градусов). Но скорость закипания может быть разной. Соленая вода начнет кипеть позже из-за воздушных пузырьков, которым намного сложнее разорвать молекулярные связи. Надо сказать, что закипание дистиллированной воды происходит быстрее, чем обычной, водопроводной. Дело в том, что в очищенной, дистиллированной воде отсутствуют сильные молекулярные связи, нет посторонних примесей, поэтому она начинает нагреваться намного быстрее.
Кинетическая энергия
Кинетическая энергия нагретого водяного пара активно используется в промышленности. В частности, на основе энергии пара работает такое устройство как паровая турбина. Она представляет собой насаженный на вал массивный диск, на котором закреплены лопасти. На эти лопасти поступает пар, нагретый в паровом котле и имеющий температуру около 600 градусов. Этот пар расширяется в сопло, происходит превращение его внутренней энергии в кинетическую энергию направленного движения. Струя пара, обладающая большой кинетической энергией поступает из сопло на лопасти турбины, приводя турбину во вращение.
Как ускорить?
Чтобы в емкости быстрее образовался кипяток, можно использовать следующие способы:
Накрыть кастрюлю крышкой. Самый действенный вариант. Крышка не позволит теплу уходить в помещение. Теплоотдача останется высокой. Воде потребуется меньше времени для закипания.
- Использовать кастрюлю с широким днищем. Чем больше диаметр емкости, тем скорее в ней начнется процесс кипения. В таре с широким дном нагрев более равномерный.
- Использовать самую большую по размеру газовую или электрическую конфорку. Чем больше по диаметру нагревательный источник, тем интенсивнее будет прогреваться дно емкости.
Соль не ускоряет закипание воды. Она лишь вызывает кратковременный эффект появления пузырьков в ней. Особенно это видно при добавлении соли в уже сильно нагретую воду. Но на время ее закипания это не влияет.
Почему в кипящей воде образуются пузыри пара?
- Информация о материале
- Категория: Физика
Любая жидкость при нагревании со временем достигает температуры, при которой она начинает кипеть. Во время кипения пузыри пара образуются во всем объеме жидкости, поднимаются на ее поверхность и лопаются, высвобождая горячий пар в воздух. Вода кипит при температуре 100°С (212°F).
При температуре кипения каждая молекула имеет достаточно энергии для преодоления сил, удерживающих ее вместе с другими молекулами в виде жидкости. Например, сосуд с кипящей водой содержит воду в жидком состоянии, которая превращается в водяной пар. Поверхностный водяной пар сразу же покидает кипящую воду. Что касается парообразования в толще воды, то там водяной пар формирует пузыри, каждый из которых, поднимаясь вверх, несет в себе миллиарды молекул воды.
Кипящая вода совершает фазовый переход из жидкого состояния в газообразное в процессе, называющемся парообразованием. Жидкости превращаются в пар и при температурах, меньших температуры кипения, в процессе, называющемся испарением. В отличие от кипения испарение происходит только с поверхности в том случае, когда молекулы имеют достаточно энергии, чтобы покинуть жидкость. Хотя испарение с ростом температуры интенсифицируется, пузыри пара образуются только во время кипения.
Рождение и гибель пузырей
- Вода содержит в себе воздух, растворенный или прилипший к попавшим внутрь частицам пыли (рисунок слева). При увеличении температуры воды растворимость воздуха уменьшается, в результате происходит формирование небольших воздушных пузырьков, большинство из которых быстро поднимается вверх и покидает жидкость. Этот процесс не является кипением.
- Когда вода приближается к точке кипения, пузыри водяного пара формируются на пылевых частицах и других примесях (так называемых ядрах парообразования). В этих пузырях температура превышает температуру кипения.
- Все больше водяного пара проникает в первые пузыри. Но так как окружающая вода все еще слишком холодна, эти пузыри конденсируются во время своего подъема и не достигают поверхности.
- Пузыри пара формируются во всем объеме кипящей воды, увеличиваясь в размерах по мере подъема к поверхности. Достигнув поверхности, пузыри лопаются и водяной пар выходит в атмосферу.
Камень для предупреждения выплескивания
Используемые в лабораторной практике дистиллированная вода и другие чистые жидкости, будучи свободными от пыли, недодержат ядер парообразования. В таких жидкостях могут формироваться большие, похожие на пленку пузыри пара, приводящие к опасному выплескиванию кипящей жидкости из сосуда. Специальный пористый камень (снимок справа) предупреждает такое выплескивание, предоставляя свою поверхность для образования многочисленных, постепенно растущих пузырьков пара.
Сколько по времени закипает?
Становится понятно, что время кипения сильно зависит от условий, при которых оно происходит.
Чтобы узнать количество времени (секунд) точно до закипания, можно воспользоваться формулой: t= (c1m1t°C1+ c2m2t°C2 +Lm) / N
Величины:
- c1, L — табличные величины, теплоемкость и удельная теплота парообразования воды;
- m1 — ее масса;
- t°C — разница между изначальной и нужной для кипения температурой;
- N — мощность нагревательного прибора;
- m2 и c2 — характеристики емкости, в которой проводится кипячение (масса и теплоемкость).
Даже эта формула учитывает не все, ведь также существуют потери тепла, которое уходит в окружающую среду.
Однако такая точность редко бывает нужна в быту, кроме того, необходимые данные для расчётов получить затруднительно. Чаще всего кипение литра воды на плите при достаточно большом огне занимает около 10 минут. Здесь некоторую роль играет материал, из которого сделана посуда. Быстрее всего нагревается металл.
Физика процесса
Переход вещества из жидкого состояния в парообразное в физике называется парообразованием.
Обратный процесс перехода из газообразного состояния в твёрдое или жидкое, называется конденсация. Например, скопление облаков или наступающий туман.
Выделяют два вида парообразования:
- испарение;
- кипение.
В первом случае необходимо достичь порога температуры плавления, преодолев его. А при кипении у каждого жидкого вещества своя определенная температура, до достижении которой образуется пар.
Область парообразования в этих случаях тоже отличается.
- При испарении пар образуется со свободной поверхности, которая граничит с окружающими ее газами – кислородом и др.
- При кипении образование пара происходит со всего объема жидкости.
Образование пара при кипении
Для наглядности посмотрим, как же образуется пар при кипении на рисунке № 1.
Пузырьки пара образуются во всем объеме жидкости, поднимаются на её поверхность и лопаются, высвобождая горячий пар в в воздух.
Когда вода кипятится, ей передается некоторое количество теплоты, благодаря чему у молекул воды увеличивается внутренняя энергия. Это приводит к тому, что эти молекулы беспорядочно движутся и сталкиваются друг с другом, за счет чего вода закипает.
Пар выделяется в растворенных газах, которые есть в воде. Именно пар как раз и находится в тех пузырьках, которые образуются при кипячении.
Пузырек лопается, чтобы высвободить постоянно увеличивающийся пар. Все это происходит под привыкший для всех нас звук бурления. Но многие пузырьки лопаются внутри воды, не успевая достичь свободной поверхности.
Формула
Физические процессы основаны на формулах. Не является исключением и парообразование.
Если величина будет показывать, сколько теплоты (дж) нужно для обращения жидкости (кг) в пар при испарении при указанной температуре в отсутствие ее изменения, тогда она будет называться удельной теплотой парообразования и конденсации. Обозначается она как L и при расчете используется формула:
Удельная теплота парообразования при различных температурах будет отличаться. Например, при достижении температуры кипения это значение будет самым низким.
Эта величина имеет особое значение во многих сферах производства, например при производстве металлов.
Выяснилось, что когда плавится железо, после его повторного затвердевания возникшая кристаллическая решетка оказывается намного прочнее предыдущей.
Определить удельную теплоту возможно только путем эксперимента, а ее основные значения уже давно установлены. Например, для спирта это 0,9*106, а для воды 2,3*106.
Изменяется удельная теплота парообразования воды и в зависимости от давления. Здесь наблюдается как раз обратная зависимость – когда давление воды увеличивается, снижается значение удельной теплоты парообразования.
При атмосферном давлении в 760 мм рт. ст. удельная теплота парообразования равна 2258 кДж/кг.
Характерным примером может явиться покорение альпинистами высоких гор.
На особых высотах (более 3000 м) из-за пониженного атмосферного давления, уменьшается и температура кипения воды (до 90°С), что усложняет процесс приготовления еды, поскольку требуется больше времени, чтобы произвести термическую обработку пищи.
А на более высоких местностях (около 7000 м.) готовить еду становится практически невозможно из-за падения температуры кипения до 50 °С.
При рассмотрении температуры воды необходимо упомянуть еще одну физическую величину – удельную теплоемкость. Она равняется количеству теплоты, необходимому для передачи единичной массе вещества, чтобы изменить его температуру на единицу.
Если теплота не сопровождается изменением температуры при изменении своего состояния, такая теплота называется скрытой. Скрытая теплота может наблюдаться как раз при парообразовании.
Она также отличается при разных жидкостях и изменяется в зависимости от давления.
При увеличении атмосферного давления и как следствие увеличении температуры жидкости, уменьшается скрытая теплота парообразования.
