При какви градуси кипи водата? От какво зависи точката на кипене? Точка на кипене на водата във вакуум при различни налягания

Кипенето е процес на промяна на агрегатното състояние на дадено вещество. Когато говорим за вода, имаме предвид преминаването от течно състояние в състояние на пара. Важно е да се отбележи, че кипенето не е изпарение, което може да се случи дори при стайна температура. Също така не трябва да се бърка с кипенето, което е процес на нагряване на водата до определена температура. Сега, след като разбрахме понятията, можем да определим при каква температура кипи водата.

Процес

Процесът на трансформиране на агрегатното състояние от течно в газообразно е сложен. И въпреки че хората не го виждат, има 4 етапа:

На първия етап на дъното на нагрятия съд се образуват малки мехурчета. Те могат да се видят и отстрани или на повърхността на водата. Те се образуват поради разширяването на въздушните мехурчета, които винаги присъстват в пукнатините на контейнера, където се нагрява водата.
Във втория етап обемът на мехурчетата се увеличава. Всички те започват да се втурват към повърхността, тъй като вътре в тях има наситена пара, който е по-лек от водата. С повишаване на температурата на нагряване налягането на мехурчетата се увеличава и те се изтласкват към повърхността благодарение на добре познатата Архимедова сила. В този случай можете да чуете характерния звук на кипене, който се образува поради постоянното разширяване и намаляване на размера на мехурчетата.
На третия етап можете да видите на повърхността голям броймехурчета. Това първоначално създава мътност във водата. Този процес се нарича популярно „варене на бяло“ и трае кратък период от време.
На четвъртия етап водата кипи интензивно, на повърхността се появяват големи пукащи се мехурчета и могат да се появят пръски. Най-често пръскането означава, че течността се е нагорещила до максимална температура. От водата ще започне да излиза пара.

Известно е, че водата кипи при температура 100 градуса, което е възможно само на четвъртия етап.

Температура на парата

Парата е едно от състоянията на водата. Когато попадне във въздуха, той, подобно на другите газове, упражнява определен натиск върху него. По време на изпаряването температурата на парата и водата остава постоянна, докато цялата течност не промени своята физическо състояние. Това явление може да се обясни с факта, че по време на кипене цялата енергия се изразходва за превръщане на водата в пара.

В самото начало на кипенето се образува влажна, наситена пара, която става суха, след като цялата течност се изпари. Ако температурата му започне да надвишава температурата на водата, тогава такава пара се прегрява и нейните характеристики ще бъдат по-близки до газа.

Кипяща солена вода

Доста интересно е да се знае при каква температура кипи вода с високо съдържание на сол. Известно е, че тя трябва да бъде по-висока поради съдържанието на Na+ и Cl- йони в състава, които заемат пространството между водните молекули. Ето как химичният състав на водата със сол се различава от обикновената прясна течност.

Факт е, че в солената вода протича реакция на хидратация - процесът на добавяне на водни молекули към йони на солта. Комуникация между молекулите прясна водапо-слаби от образуваните по време на хидратацията, така че кипенето на течност с разтворена сол ще отнеме повече време. С повишаването на температурата молекулите в солената вода се движат по-бързо, но те са по-малко, което води до по-редки сблъсъци между тях. В резултат на това се произвежда по-малко пара и следователно нейното налягане е по-ниско от налягането на парата на прясна вода. Следователно ще е необходима повече енергия (температура) за пълното изпаряване. Средно, за да сварите един литър вода, съдържаща 60 грама сол, е необходимо да увеличите степента на кипене на водата с 10% (т.е. с 10 С).

Зависимост на кипенето от налягането

Известно е, че в планината, независимо от химически съставводата ще има по-ниска точка на кипене. Това се случва, защото атмосферно наляганена надморска височина по-долу. Нормалното налягане се счита за 101,325 kPa. При него точката на кипене на водата е 100 градуса по Целзий. Но ако се изкачите на планина, където налягането е средно 40 kPa, тогава водата там ще заври при 75,88 C. Но това не означава, че ще трябва да отделите почти наполовина по-малко време за готвене в планината. Термичната обработка на храните изисква определена температура.

Смята се, че на надморска височина от 500 метра водата ще кипи при 98,3 C, а на надморска височина от 3000 метра точката на кипене ще бъде 90 C.

Обърнете внимание, че този закон важи и в обратната посока. Ако поставите течност в затворена колба, през която парата не може да премине, тогава с повишаването на температурата и образуването на пара налягането в тази колба ще се увеличи и кипенето при повишено налягане ще настъпи при по-висока температура. Например, при налягане от 490,3 kPa, точката на кипене на водата ще бъде 151 C.

Кипяща дестилирана вода

Дестилираната вода е пречистена вода без никакви примеси. Често се използва в медицината или технически цели. Като се има предвид, че в такава вода няма примеси, тя не се използва за готвене. Интересно е да се отбележи, че дестилираната вода завира по-бързо от обикновената прясна вода, но точката на кипене остава същата – 100 градуса. Разликата във времето за кипене обаче ще бъде минимална - само част от секундата.

В чайник

Хората често се чудят при каква температура кипи водата в чайник, тъй като това са устройствата, които използват за варене на течности. Като се има предвид фактът, че атмосферното налягане в апартамента е равно на стандартното, а използваната вода не съдържа соли и други примеси, които не трябва да има, тогава точката на кипене също ще бъде стандартна - 100 градуса. Но ако водата съдържа сол, тогава точката на кипене, както вече знаем, ще бъде по-висока.

Заключение

Сега знаете при каква температура кипи водата и как атмосферното налягане и съставът на течността влияят на този процес. В това няма нищо сложно и децата получават такава информация в училище. Основното нещо е да запомните, че когато налягането намалява, точката на кипене на течността също намалява, а когато се увеличава, тя също се увеличава.

В интернет можете да намерите много различни таблици, които показват зависимостта на точката на кипене на течност от атмосферното налягане. Те са достъпни за всички и се използват активно от ученици, студенти и дори учители в институти.

Нека проследим процеса на кипене, като започнем от момента, в който се образуват първите мехурчета на загрятото дъно на съд (тиган или). Между другото, образувани ли са? Да, защото тънък слой вода при директен контакт с дъното на съда се нагрява до 100 градуса. И според физични свойствавода, започна да се превръща от газообразно.

И така, първите мехурчета, докато са все още малки, започват да изплуват бавно - върху тях действа подемна сила, иначе наречена Архимедова - и почти веднага отново потъват на дъното. защо Да, защото водата отгоре все още не е достатъчно загрята. Влизайки в контакт с по-студени слоеве, мехурчетата сякаш се „свиват“ и губят обем. И съответно силата на Архимед веднага намалява. Мехурчетата потъват на дъното и се "пукат" поради гравитацията.

Но нагряването продължава, все повече и повече нови слоеве вода поемат температура, близка до 100 градуса. Мехурчетата вече не потъват на дъното. Те се стремят да достигнат повърхността, но най-горният слой все още е значително по-студен, следователно при контакт с него всеки мехур отново намалява по размер (поради факта, че част от съдържащата се в него водна пара, охлаждайки се превръща във вода) . Поради това започва да потъва надолу, но след като попадне в горещите слоеве, които вече са достигнали температура от 100 градуса, отново увеличава размера си. Защото кондензираната пара отново става пара. Огромен броймехурчетата се движат нагоре и надолу, последователно намаляващи и увеличаващи се по размер, произвеждайки характерен шум.

И накрая идва моментът, когато целият воден стълб, включително най-горния слой, достигне температура от 100 градуса. Какво ще се случи на този етап? Мехурчетата, издигащи се нагоре, свободно достигат до повърхността. И тук, на границата между двете среди, възниква „кипене“: те се пръсват, освобождавайки водни пари. И този процес, подложен на постоянно нагряване, ще продължи, докато цялата вода изври, превръщайки се в газообразно състояние.

Моля, имайте предвид, че точката на кипене зависи от атмосферното налягане. Например високо в планините водата кипи при температури под 100 градуса. Следователно жителите на планините се нуждаят от много повече време, за да приготвят храната си.

Преваряването на вода е една от обичайните ежедневни задачи. Въпреки това, в планински районитози процес има свои собствени характеристики. На различна надморска височина водата кипи при различни температури.

Как температурата на кипене на водата зависи от атмосферното налягане?

Врящата вода се характеризира с изразени външни ефекти: бълбукане на течността, образуване на малки мехурчета вътре в съда и издигаща се пара. При нагряване водните молекули получават допълнителна енергия от източника на топлина. Те стават по-мобилни и започват да вибрират.

В крайна сметка течността достига температура, при която по стените на съда се образуват парни мехурчета. Тази температура се нарича точка на кипене. След като водата започне да кипи, температурата не се променя, докато цялата течност не се превърне в газ.

Водните молекули, излизащи като пара, оказват натиск върху атмосферата. Това се нарича парно налягане. С повишаването на температурата на водата тя се повишава и молекулите, движейки се по-бързо, преодоляват свързващите ги междумолекулни сили. Налягането на парата се противопоставя на друга създадена сила въздушна маса: . Когато налягането на парата достигне или надвиши налягането на околната среда, преодолявайки го, водата започва да кипи.

Точката на кипене на водата също зависи от нейната чистота. Водата, която съдържа примеси (сол, захар), ще кипи при по-висока температура от чистата вода.

Характеристики на кипене на вода в планините

Въздушната атмосфера оказва натиск върху всички предмети. На морското равнище то е еднакво навсякъде и е равно на 1 atm., или 760 mm Hg. Чл. Това е нормално атмосферно налягане и водата кипи при 100°C. Налягането на парите при тази температура на водата също е 760 mmHg. Чл.

Колкото по-високо сте над морското равнище, толкова по-разреден става въздухът. В планините неговата плътност и налягане намаляват. Поради намаляването на външното налягане върху водата е необходима по-малко енергия за разрушаване на междумолекулните връзки. Това включва по-малко топлина и водата ще кипи при по-ниска температура.

С всеки километър надморска височина водата кипи при температура, която е с 3,3°C по-ниска от първоначалната температура (или приблизително минус 1 на всеки 300 метра). На надморска височина от 3 km атмосферното налягане е около 526 mm Hg. Чл. Водата ще заври, когато налягането на парата е равно на атмосферното, а именно 526 mm Hg. Чл. Това условие се постига при температура от 90°C. На надморска височина от 6 км налягането е приблизително два пъти по-ниско от нормалното и е около 80°C.

На върха на Еверест, чиято височина е 8848 м, водата кипи при температура около 72°C.

В планините на надморска височина от 600 m, където водата кипи при 98°C, разбирането на процеса на кипене е особено важно при готвене. Някои храни могат да бъдат сготвени чрез увеличаване на времето за готвене. Въпреки това, за храни, които изискват добро готвене и дълго време за готвене, най-добре е да използвате тенджера под налягане.

Варене - привидно просто физически процес, познат на всеки, който поне веднъж в живота си е варил чайник. Той обаче има много функции, които физиците изучават в лабораториите, а домакините - в кухните. Дори точката на кипене далеч не е постоянна, а варира в зависимост от различни фактори.

Кипяща течност

При кипене течността започва бързо да се превръща в пара и в нея се образуват парни мехурчета, които се издигат на повърхността. При нагряване парата първо се появява само на повърхността на течността, след което този процес започва в целия обем. По дъното и стените на тигана се появяват малки мехурчета. С повишаването на температурата налягането вътре в мехурчетата се увеличава, те се увеличават по размер и се издигат нагоре.

Когато температурата достигне така наречената точка на кипене, започва бързо образуване на мехурчета, има много от тях и течността започва да кипи. Образува се пара, чиято температура остава постоянна, докато присъства цялата вода. Ако изпарението настъпи при нормални условия, при стандартно налягане от 100 mPa, неговата температура е 100°C. Ако изкуствено увеличите налягането, можете да получите прегрята пара. Учените успяха да загреят водната пара до температура от 1227 ° C, при по-нататъшно нагряване, дисоциацията на йони превръща парата в плазма.

При даден състав и постоянно налягане точката на кипене на всяка течност е постоянна. В учебниците и ръководствата можете да видите таблици, показващи точката на кипене на различни течности и дори метали. Например водата кипи при температура 100°C при 78,3°C, етерът при 34,6°C, златото при 2600°C и среброто при 1950°C. Тези данни са за стандартно налягане от 100 mPa и са изчислени на морското равнище.

Как да промените точката на кипене

Ако налягането намалее, точката на кипене намалява, дори ако съставът остане същият. Това означава, че ако изкачите планина на височина 4000 метра с тенджера с вода и я поставите на огън, водата ще заври при 85°C и това ще изисква много по-малко дърва за огрев, отколкото по-долу.

Домакините ще се интересуват от сравнение с тенджера под налягане, в която налягането е изкуствено увеличено. В същото време точката на кипене на водата също се повишава, поради което храната се готви много по-бързо. Съвременните тенджери под налягане ви позволяват плавно да променяте температурата на кипене от 115 до 130°C или повече.

Друга тайна за точката на кипене на водата се крие в нейния състав. Твърдата вода, която съдържа различни соли, кипи по-дълго и изисква повече енергия за нагряване. Ако добавите две супени лъжици сол към един литър вода, нейната точка на кипене ще се повиши с 10°C. Същото може да се каже и за захарта; 10% захарен сироп кипи при температура 100,1°C.

Назад Напред

внимание! Визуализациите на слайдовете са само за информационни цели и може да не представят всички функции на презентацията. Ако се интересувате тази работа, моля, изтеглете пълната версия.

Напредък на урока

1. Етапи на кипене на водата.

Кипенето е преход на течност в пара, което се случва с образуването на парни мехурчета или парни кухини в обема на течността. Мехурчетата растат поради изпаряването на течността в тях, изплуват нагоре и наситената пара, съдържаща се в мехурчетата, преминава в парната фаза над течността.

Кипенето започва, когато при нагряване на течност налягането на наситените пари над нейната повърхност стане равно на външното налягане. Температурата, при която течността при постоянно налягане кипи, се нарича точка на кипене (Точка на кипене). За всяка течност точката на кипене има своя собствена стойност и не се променя при стационарен процес на кипене.

Строго погледнато, Tbp съответства на температурата на наситена пара (температура на насищане) над плоската повърхност на кипяща течност, тъй като самата течност винаги е малко прегрята спрямо Tbp. При стационарно кипене температурата на кипящата течност не се променя. С увеличаване на налягането точката на кипене се повишава

1.1.Класификация на процесите на кипене.

Варенето се класифицира според следните знаци:

балон и филм.

Кипенето, при което се образува пара под формата на периодично нуклеиращи и нарастващи мехурчета, се нарича ядрено кипене. При бавно ядрено кипене в течността (по-точно по стените или дъното на съда) се появяват мехурчета, пълни с пара.

При увеличаване топлинен потокдо определена критична стойност отделни мехурчета се сливат, образувайки непрекъснат слой пара на стената на съда, който периодично се разбива в обема на течността. Този режим се нарича филмов режим.

Ако температурата на дъното на съда значително надвишава точката на кипене на течността, тогава скоростта на образуване на мехурчета на дъното става толкова висока, че те се комбинират, образувайки непрекъснат слой пара между дъното на съда и течността. себе си. В този режим на филмово кипене топлинният поток от нагревателя към течността рязко спада (парният филм провежда топлина по-лошо от конвекцията в течността) и в резултат на това скоростта на кипене намалява. Режимът на кипене на филма може да се наблюдава на примера на капка вода върху горещ котлон.

по вида на конвекцията на топлообменната повърхност? със свободна и принудителна конвекция;

При нагряване водата се държи неподвижно и топлината се пренася от долните слоеве към горните чрез топлопроводимост. Докато се нагрява обаче, естеството на преноса на топлина се променя, тъй като започва процес, наречен конвекция. При нагряване близо до дъното водата се разширява. Съответно, специфичното тегло на нагрятата вода в близост до дъното се оказва по-леко от теглото на равен обем вода в повърхностните слоеве. Това кара цялата водна система в тигана да стане нестабилна, което се компенсира от факта, че горещата вода започва да изплува на повърхността, а по-хладната вода потъва на нейно място. Това е свободна конвекция. При принудителна конвекция топлообменът се създава чрез смесване на течността и движението във водата се създава зад изкуствен охладител-смесител, помпа, вентилатор и др.

по отношение на температурата на насищане? без подгряване и кипене с недогряване. При кипене с подгряване въздушните мехурчета растат в основата на съда, откъсват се и се свиват. Ако няма недогряване, тогава мехурчетата се откъсват, растат и изплуват на повърхността на течността.

от ориентацията на кипящата повърхност в пространството? върху хоризонтални наклонени и вертикални повърхности;

Някои слоеве течност, непосредствено съседни на по-горещата повърхност за пренос на топлина, се нагряват по-високо и се издигат като по-леки стенни слоеве по вертикалната повърхност. По този начин се получава непрекъснато движение на средата по горещата повърхност, чиято скорост определя интензивността на топлообмена между повърхността и обема на практически неподвижната среда

С увеличаване на плътността на топлинния поток коефициентът на изпарение се увеличава. Кипенето се превръща в развит мехурчест цирей. Увеличаването на честотата на разделяне води до догонване и сливане на мехурчетата. С повишаване на температурата на нагряващата повърхност, броят на центровете за изпаряване рязко се увеличава и все по-голям брой отделени мехурчета изплуват в течността, което води до нейното интензивно смесване. Това кипене има развит характер.

1.2.Разделение на процеса на кипене на етапи.

Варенето на вода е сложен процес, състоящ се от четири ясно разграничими етапа.

Първият етап започва с изплъзване на малки въздушни мехурчета от дъното на чайника, както и с появата на групи от мехурчета на повърхността на водата близо до стените на чайника.

Вторият етап се характеризира с увеличаване на обема на мехурчетата. След това постепенно броят на мехурчетата, които се появяват във водата и избухват на повърхността, нараства все повече и повече. На първия етап на кипене чуваме тънък, едва доловим солов звук.

Третият етап на кипене се характеризира с масово бързо издигане на мехурчета, които първо причиняват леко помътняване, а след това дори „побеляване“ на водата, напомнящо бързо течаща изворна вода. Това е така нареченото кипене на „бял ключ“. Той е изключително краткотраен. Звукът става като шум от малък рояк пчели.

Четвъртият е интензивно бълбукане на вода, поява на големи спукващи се мехурчета по повърхността и след това пръскане. Пръски ще означават, че водата е кипнала твърде много. Звуците рязко се засилват, но равномерността им е нарушена, те сякаш се стремят да изпреварят един друг, нараствайки хаотично.

2.От китайската чаена церемония.

На Изток има специално отношение към пиенето на чай. В Китай и Япония чаената церемония е била част от срещи между философи и художници. По време на традиционното ориенталско чаене бяха произнесени мъдри речи и бяха разгледани произведения на изкуството. Чаената церемония беше специално разработена за всяка среща и бяха подбрани букети цветя. За приготвянето на чай са използвани специални прибори. Имаше специално отношение към водата, която се вземаше за варене на чай. Важно е водата да се кипва правилно, като се обръща внимание на „огнените цикли“, които се възприемат и възпроизвеждат във вряща вода. Водата не трябва да се довежда до силно кипене, тъй като в резултат на това се губи енергията на водата, която, комбинирайки се с енергията на чаеното листо, произвежда желаното състояние на чай в нас.

Има четири етапа външен видвряща вода, които съответно се наричат "рибешко око"”, „око на раци“, „нишки от перли“И „бълбукащ извор“. Тези четири етапа съответстват на четири характеристики на звука на вряща вода: тих шум, среден шум, шум и силен шум, на които понякога се дават различни поетични имена в различни източници.

Освен това се следят етапите на образуване на пара. Например лека мъгла, мъгла, гъста мъгла. Мъглата и гъстата мъгла показват, че врящата вода е презряла и вече не е подходяща за варене на чай. Смята се, че огнената енергия в него вече е толкова силна, че е потиснала енергията на водата и в резултат на това водата няма да може да влезе правилно в контакт с чаеното листо и да даде подходящото качество на енергия на човек, който пие чай.

В резултат на правилното варене получаваме вкусен чай, който можете да варите с вода, която не е загрята до 100 градуса няколко пъти, наслаждавайки се фини нюансипослевкус от всяко ново варене.

В Русия започнаха да се появяват клубове за чай, насаждайки културата на пиене на чай на Изтока. В чаената церемония, наречена Lu Yu, или кипене на вода на открит огън, могат да се наблюдават всички етапи на кипене на водата. Такива експерименти с процеса на кипене на вода могат да се извършват у дома. Предлагам няколко експеримента:

– температурни промени на дъното на съда и на повърхността на течността;
промяна в температурната зависимост на етапите на кипене на водата;
- промяна в обема на врящата вода във времето;
- разпределение на температурната зависимост от разстоянието до повърхността на течността.

3. Експерименти за наблюдение на процеса на кипене.

3.1. Изследване на температурната зависимост на етапите на кипене на водата.

Температурните измервания бяха извършени на всичките четири етапа на кипене на течността. Бяха получени следните резултати:

– първиЕтапът на кипене на водата (РИБЕШКО ОКО) продължи от 1-ва до 4-та минута. При температура 55 градуса се появиха мехурчета на дъното (снимка 1).

Снимка1.

– второЕтапът на кипене на водата (CRAB EYE) продължи от 5-та до 7-ма минута при температура около 77 градуса. Малки мехурчета на дъното се увеличиха по обем, наподобявайки очи на рак. (снимка 2).

Снимка 2.

– третистадият на кипяща вода (НИШКИ ОТ ПЕРЛА) продължи от 8-та до 10-та минута. Много малки мехурчета образуваха ПЕРЛЕНИ НИШКИ, които се издигаха на повърхността на водата, без да я достигат. Процесът започва при температура 83 градуса (снимка 3).

Снимка 3.

– четвъртоетапът на кипене на водата (ИЗТОЧНИК НА ИЗВЪРШВАНЕ) е продължил от 10-та до 12-та минута. Мехурчетата растяха, издигаха се на повърхността на водата и се пукаха, създавайки кипяща вода. Процесът протича при температура 98 градуса (снимка 4). Снимка 4.

Снимка 4.

3.2. Проучване на промените в обема на вряща вода във времето.

С течение на времето обемът на врящата вода се променя. Първоначалният обем вода в тигана беше 1 литър. След 32 минути обемът беше наполовина. Това се вижда ясно на снимка 5, отбелязана с червени точки.

Снимка 5.

Снимка 6.

През следващите 13 минути кипене на водата обемът й намалява с една трета, тази линия също е маркирана с червени точки (снимка 6).

Въз основа на резултатите от измерването е получена зависимостта на изменението на обема на кипящата вода във времето.

Фиг.1. Графика на промените в обема на вряща вода във времето

Заключение: Промяната в обема е обратно пропорционална на времето на кипене на течността (фиг. 1), докато не остане нищо от първоначалния обем1 / част 25 На последния етап намаляването на обема се забави. Тук играе роля режимът на кипене на филма. Ако температурата на дъното на съда значително надвишава точката на кипене на течността, тогава скоростта на образуване на мехурчета на дъното става толкова висока, че те се комбинират, образувайки непрекъснат слой пара между дъното на съда и течността. себе си. В този режим скоростта на кипене на течността намалява.

3.3. Изследване на разпределението на температурната зависимост от разстоянието до повърхността на течността.

В кипяща течност се установява определено температурно разпределение (Фигура 2); течността е забележимо прегрята. Степента на прегряване зависи от редица физикохимични свойства и от самата течност, както и от граничните твърди повърхности. Напълно пречистени течности, лишени от разтворени газове (въздух), могат, ако се вземат специални предпазни мерки, да бъдат прегрети с десетки градуси.

ориз. 2. Графика на зависимостта на изменението на температурата на водата на повърхността от разстоянието до нагряващата повърхност.

Въз основа на резултатите от измерването можете да получите графика на промяната на температурата на водата спрямо разстоянието до нагревателната повърхност.

Заключение: с увеличаване на дълбочината на течността температурата е по-ниска, а на къси разстояния от повърхността до 1 см температурата рязко намалява и след това остава почти непроменена.

3.4 Изследване на температурните промени на дъното на съда и на повърхността на течността.

Направени са 12 измервания. Водата се загрява от температура 7 градуса до завиране. Измерванията на температурата се извършват всяка минута. Въз основа на резултатите от измерванията са получени две графики на температурните промени на повърхността на водата и на дъното.

Фиг. 3. Таблица и графика въз основа на резултатите от наблюдението. (Снимка на автора)

Изводи: промяната на температурата на водата на дъното на съда и на повърхността е различна. На повърхността температурата се променя строго линейно и достига точката на кипене три минути по-късно, отколкото на дъното. Това се обяснява с факта, че на повърхността течността влиза в контакт с въздуха и отдава част от енергията си, така че не се нагрява толкова много, колкото на дъното на тигана.

Изводи въз основа на резултатите от работата.

Установено е, че водата, когато се нагрява до точката на кипене, преминава през три етапа, в зависимост от топлообмена вътре в течността с образуването и растежа на мехурчета от пара вътре в течността. При наблюдение на поведението на водата бяха отбелязани характерните особености на всеки етап.

Изменението на температурата на водата на дъното на съда и на повърхността е различно. На повърхността температурата се променя строго по линеен закон и достига точката на кипене три минути по-късно, отколкото на дъното. Това се обяснява с факта, че на повърхността течността влиза в контакт с въздуха и отдава част от енергията си .

Експериментално е установено също, че с увеличаване на дълбочината на течността температурата е по-ниска и с къси разстоянияот повърхността до 1 cm температурата рязко намалява и след това остава почти непроменена.

Процесът на кипене протича с абсорбиране на топлина. Когато една течност се нагрява, по-голямата част от енергията отива за разрушаване на връзките между водните молекули. В този случай разтворен във вода газ се отделя на дъното и стените на съда, образувайки въздушни мехурчета. След като достигне определен размер, балонът се издига на повърхността и се срутва с характерен звук. Ако има много такива мехурчета, тогава водата „съска“. Въздушно мехурче се издига на повърхността на водата и се пука, ако плаващата сила е по-голяма от гравитацията. Варенето е непрекъснат процес; при кипене температурата на водата е 100 градуса и не се променя, докато водата извира.

Литература

В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел “Пренос на топлина” М.: Енергия 1969
Френкел Я.И. Кинетична теория на течностите. Л., 1975
Croxton K. A. Физика на течното състояние. М., 1987
следобед Куреннова „Руска народна книга за лечение“.
Бъздин А., Сорокин В., Варене на течности. списание “Квант”,,1987

Обикновената вода кипи при 100 градуса - не се съмняваме в валидността на това твърдение, а термометърът лесно го потвърждава. Има обаче хора, които могат да се усмихват скептично, защото знаят - водата не винаги и навсякъде завира точно на 100 градуса.

възможно ли е това Да, възможно е, но само при определени условия.

Веднага трябва да се каже, че водата може да кипи при температури както под, така и над +100 °C. Така че не трябва да се изненадвате от израза „Водата кипна при + 73 °C“ или „Водата започна да кипи при +130 °C“ - и двете ситуации са не само възможни, но и относително лесни за изпълнение.

Но за да разберем как да постигнем току-що описаните ефекти, е необходимо да разберем механизма на кипене на вода и всякакви други течности.

При нагряване на течността на дъното и по стените на съда започват да се образуват мехурчета, пълни с пара и въздух. Температурата на заобикалящата вода обаче е твърде ниска, което води до кондензация и компресия на парата в мехурчетата и под натиска на водата тези мехурчета се пукат. Този процес продължава до целият обем течност няма да достигне точката на кипене- в този момент налягането на парата и въздуха вътре в мехурчетата се сравнява с налягането на водата. Такива мехурчета вече са способни да се издигнат до повърхността на течността, освобождавайки там пара в атмосферата - това е кипене. По време на кипене температурата на течността вече не се повишава, тъй като настъпва термодинамично равновесие: колко топлина се изразходва за нагряване, същото количество топлина се отстранява от пара от повърхността на течността.

Ключовият момент при кипене на вода и всяка друга течност е равенството на налягането на парата в мехурчетата и налягането на водата в съда. От това правило можем да направим просто заключение - една течност може да кипи при напълно различни температури и това може да се постигне чрез промяна на налягането на течността. Както знаете, налягането в течностите се състои от два компонента - собственото тегло и налягането на въздуха над него. Оказва се, че можете да намалите или увеличите точката на кипене на водата промяна в атмосферното наляганеили налягане в съд с нагрята течност.

В действителност това се случва. Например в планините врящата вода изобщо не е толкова гореща, колкото в равнините - на надморска височина от 3 км, където налягането на въздуха пада до 0,7 атмосфери, водата вече кипи при +89,5 градуса. А на Еверест (височина - 8,8 км, налягане - 0,3 атмосфери) водата кипи при температура малко над +68 градуса. Да, готвенето при такива температури е много трудна задача и ако не за специални средства, тогава на такава надморска височина би било напълно невъзможно.

За да се повиши точката на кипене, е необходимо да се повиши атмосферното налягане или поне да се затвори плътно съдът с вода. Този ефект се използва при т.нар тенджери под налягане- плътно затворен капак не позволява на парата да излиза, което води до повишаване на налягането в него, което означава, че точката на кипене също се повишава. По-специално, при налягане от 2 атмосфери водата кипи само при +120 градуса. И в парни турбини, където се поддържа налягане от десетки атмосфери, водата не завира дори при +300-400 °C!

Има обаче друга възможност за нагряване на вода до високи температури без кипене. Забелязано е, че образуването на първите мехурчета започва върху грапавостта на съда, както и около повече или по-малко големи частици замърсители, присъстващи в течността. Следователно, ако загреете абсолютно чиста течност в идеално полиран съд, тогава при нормално атмосферно налягане е възможно тази течност да не кипи при много високи температури. Т.нар прегрята течност, характеризираща се с изключителна нестабилност – достатъчно е минимално натискане или удар на прашинка, за да може течността моментално да заври (и всъщност буквално да избухне) в целия си обем наведнъж.

С известно усилие обикновената вода може да се загрее до +130 °C и няма да заври. За да се получат високи температури, вече е необходимо да се използва специално оборудване, но границата настъпва при +300 ° C - прегрятата вода при тази температура може да съществува за част от секундата, след което се появява експлозивна ефервесценция.

Интересното е, че прегрята течност може да се получи и по друг начин - чрез нагряване до относително ниски температури(малко под +100 °C) и рязко намалете налягането в съда (например с бутало). В този случай също се образува прегрята течност, която може да кипи с минимално излагане. Този метод се използва в балонни камери, регистриране на заредени елементарни частици. Когато лети през прегрята течност, частицата предизвиква нейното локално кипене и външно това се показва като поява на следа (следа, тънка линия) от микроскопични мехурчета. В балонните камери обаче не се използва вода, а различни втечнени газове.

Така че водата не винаги кипи при +100 °C - всичко зависи от налягането външна средаили вътре в съда. Затова в планината без специални средстваНевъзможно е да се получи „нормална“ вряща вода, а в котлите на топлоелектрическите централи водата не кипи дори при +300 °C.

Ако ви попитат при каква температура кипи водата, най-вероятно ще отговорите 100 °C. И вашият отговор ще бъде правилен, но тази стойност е правилна само при нормално атмосферно налягане - 760 mm Hg. Чл. Всъщност водата може да заври както при 80 °C, така и при 130 °C. За да обясним причината за подобни несъответствия, първо трябва да разберем какво е кипене.

Изучаването на механизма на това ще ви помогне да разберете колко градуса са необходими, за да заври водата. физическо явление. Кипенето е процес на превръщане на течността в пара и протича на няколко етапа:

При нагряване на течността от микропукнатини в стените на съда излизат мехурчета, съдържащи въздух и водни пари.
Мехурчетата се разширяват леко, но течността в съда е толкова студена, че води до кондензация на парите в мехурчетата.
Мехурчетата започват да се пукат, докато цялата дебелина на течността стане достатъчно гореща.
След известно време налягането на водата и парата в мехурчетата се изравнява. На този етап отделни мехурчета могат да се издигнат на повърхността и да изпуснат пара.
Мехурчетата започват да се издигат интензивно и кипенето започва с характерен звук. Започвайки от този етап, температурата в съда не се променя.
Процесът на кипене ще продължи, докато цялата течност се превърне в газообразно състояние.

Температура на парата

Температурата на парата при кипене на водата е същата като температурата на самата вода. Тази стойност няма да се промени, докато цялата течност в съда не се изпари. По време на процеса на кипене се образува влажна пара. Той е наситен с течни частици, равномерно разпределени в целия газов обем. След това силно диспергирани течни частици се кондензират и наситената пара се превръща в суха пара.

Има и прегрята пара, която е много по-гореща от вряща вода. Но може да се получи само с помощта на специално оборудване.

Ефект на натиска

Вече разбрахме, че за да заври една течност е необходимо да се изравни налягането на течното вещество и на парите. Тъй като налягането на водата е сумата от атмосферното налягане и налягането на самата течност, можете да промените времето за кипене по два начина:

промени в атмосферното налягане;
промяна на налягането в самия съд.

Можем да наблюдаваме първия случай в територии, разположени на различни височини над морското равнище. По бреговете точката на кипене ще бъде 100 °C, но на върха на Еверест ще бъде само 68 °C. Изследователите са изчислили, че при изкачване на планини на всеки 300 метра точката на кипене на водата намалява с 1 °C.

Тези стойности могат да варират в зависимост от химичния състав на водата и наличието на примеси (соли, метални йони, разтворими газове).

За получаване на вряща вода най-често се използват чайници. Точката на кипене на водата в чайник също зависи от района на пребиваване. Жители планински районПрепоръчва се използването на автоклави и тенджери под налягане, които помагат да се затопли врящата вода и да се ускори процеса на готвене.

Кипяща солена вода

Степента на кипене на водата определя наличието на примеси в нея. Включени морска водаприсъстват натриеви и хлорни йони. Те се намират между молекулите на H2O и ги привличат. Този процес е известен като хидратация.

Връзката между водата и йоните на солта е много по-силна, отколкото между водните молекули. Необходима е повече енергия, за да се свари солена вода, за да могат тези връзки да бъдат разкъсани. Тази енергия е температура.

Освен това солената течност се различава от прясната течност по ниската си концентрация на H2O молекули. В този случай, когато се нагряват, те започват да се движат по-бързо, но не могат да образуват достатъчно голям мехур от пара, тъй като се сблъскват по-рядко. Налягането на малките мехурчета не е достатъчно, за да ги изведе на повърхността.

За да изравните водното и атмосферното налягане, трябва да повишите температурата. Следователно, солената вода кипи много по-дълго от прясната вода и точката на кипене ще зависи от концентрацията на сол. Известно е, че когато 60 g NaCl се добавят към 1 литър течност, точката на кипене се повишава с 10 °C.

Как да промените точката на кипене

В планинските райони е много трудно да се готви храна, отнема твърде много време. Причина - недостатъчно гореща вряща вода. Много голяма надморска височинаПочти невъзможно е да сварите яйце, да не говорим за месо, което се нуждае от добра термична обработка.

Промяната на температурата, при която течността кипи, е важна за жителите не само на планинските райони.

За стерилизиране на продукти и оборудване е препоръчително да използвате повече висока температуранад 100 °C, тъй като някои микроорганизми са устойчиви на топлина.

Това е важна информация не само за домакините, но и за специалистите, работещи в лаборатории. Също така, увеличаването на точката на кипене може значително да спести време, прекарано за готвене, което е важно в наше време.

За да увеличите тази цифра, трябва да използвате плътно затворен контейнер. Най-подходящи за това са тенджери под налягане, в които капакът не пропуска парата, повишавайки налягането вътре в съда. По време на нагряване се отделя пара, но тъй като не може да излезе навън, тя кондензира вътрекорици. Това води до значително повишаване на вътрешното налягане. В автоклавите налягането е 1–2 атмосфери, така че течността в тях кипи при температура 120–130 °C.

Максималната точка на кипене на водата все още не е известна, тъй като този показател може да се увеличи, докато атмосферното налягане се повишава. Известно е, че водата не може да заври в парни турбини дори при 400 °C и налягане от няколко десетки атмосфери. Същите данни са получени на големи дълбочини на океана.