Varenie je proces zmeny stavu agregácie látky. Keď hovoríme o vode, máme na mysli prechod z kvapalného stavu do stavu pary. Je dôležité poznamenať, že var nie je odparovanie, ku ktorému môže dôjsť aj pri izbovej teplote. Tiež si nemožno zamieňať s varom, čo je proces ohrevu vody na určitú teplotu. Teraz, keď sme prišli na koncepty, môžeme určiť, pri akej teplote voda vrie.

Proces

Samotný proces premeny stavu agregácie z kvapalného na plynný je zložitý. A aj keď to ľudia nevidia, existujú 4 fázy:

  1. V prvej fáze sa na dne zahriatej nádoby vytvoria malé bubliny. Môžu byť tiež viditeľné na bokoch alebo na hladine vody. Vznikajú v dôsledku expanzie vzduchových bublín, ktoré sú vždy prítomné v trhlinách nádoby, kde sa voda ohrieva.
  2. V druhej fáze sa objem bublín zvyšuje. Všetky sa začínajú trhať k povrchu, pretože v ich vnútri je nasýtená para ktorý je ľahší ako voda. So zvyšujúcou sa teplotou zahrievania sa zvyšuje tlak bublín, ktoré sú vďaka známej Archimedovej sile vytlačené na povrch. Súčasne môžete počuť charakteristický vriaci zvuk, ktorý sa vytvára v dôsledku neustáleho rozširovania a znižovania veľkosti bublín.
  3. V tretej fáze je možné vidieť na povrch veľké množstvo bubliny. To spočiatku vytvára zakalenú vodu. Tento proces sa ľudovo nazýva „varenie pomocou bieleho kľúča“ a trvá krátku dobu.
  4. V štvrtej fáze voda intenzívne vrie, na povrchu sa objavujú veľké praskajúce bubliny a môže sa objaviť postrek. Striekanie najčastejšie znamená, že sa kvapalina zahriala na maximálna teplota... Z vody začne vychádzať para.

Je známe, že voda vrie pri teplote 100 stupňov, čo je možné iba vo štvrtej fáze.

Teplota pary

Para je jedným zo stavov vody. Keď vstúpi do vzduchu, vyvíja naň, podobne ako ostatné plyny, určitý tlak. Počas odparovania zostávajú teploty pary a vody konštantné, kým celá kvapalina nezmení svoju stav agregácie... Tento jav je možné vysvetliť skutočnosťou, že počas varu sa všetka energia vynakladá na premenu vody na paru.

Na úplnom začiatku varu sa vytvára vlhká nasýtená para, ktorá po odparení všetkej tekutiny uschne. Ak jeho teplota začne presahovať teplotu vody, potom sa takáto para prehreje a svojimi vlastnosťami sa priblíži k plynu.

Varenie slanej vody

Je dosť zaujímavé vedieť, pri akej teplote vrie voda s vysokým obsahom soli. Je známe, že by mala byť vyššia kvôli obsahu iónov Na + a Cl- v kompozícii, ktoré zaberajú oblasť medzi molekulami vody. Tým sa líši chemické zloženie vody so soľou od bežnej čerstvej tekutiny.

Faktom je, že v slanej vode prebieha hydratačná reakcia - proces pripojenia molekúl vody k iónom soli. Komunikácia medzi molekulami sladká voda slabšie ako tie, ktoré vznikli pri hydratácii, takže var kvapaliny s rozpustenou soľou bude trvať dlhšie. Keď teplota stúpa, molekuly vo vode obsahujúcej soľ sa pohybujú rýchlejšie, ale je ich menej, takže zrážky medzi nimi sú menej časté. Výsledkom je, že sa vytvára menej pary, a jej tlak je preto nižší ako tlak pary v sladkej vode. V dôsledku toho je na úplnú výrobu pary potrebné viac energie (teploty). Na varenie jedného litra vody obsahujúcej 60 gramov soli je potrebné v priemere zvýšiť stupeň varu vody o 10% (tj. O 10 ° C).

Teplota varu oproti tlaku

Je známe, že v horách bez ohľadu na to chemické zloženie teplota varu vody bude nižšia. Je to spôsobené tým, že Atmosférický tlak vo výške nižšie. Tlak s hodnotou 101,325 kPa sa považuje za normálny. S ním je bod varu vody 100 stupňov Celzia. Ale ak pôjdete hore, kde je tlak v priemere 40 kPa, potom tam voda vrie pri 75,88 C. To však neznamená, že varením v horách budete musieť stráviť takmer polovicu času. Na tepelné spracovanie výrobkov je potrebná určitá teplota.

Verí sa, že v nadmorskej výške 500 metrov nad morom bude voda vrieť pri 98,3 ° C a v nadmorskej výške 3000 metrov bude teplota varu 90 ° C.

Všimnite si toho, že tento zákon funguje aj opačným smerom. Ak umiestnite kvapalinu do uzavretej banky, cez ktorú nemôže prechádzať para, potom so zvýšením teploty a tvorbou pary sa tlak v tejto banke zvýši a k ​​varu pri zvýšenom tlaku dôjde pri vyššej teplote. Napríklad pri tlaku 490,3 kPa bude bod varu vody 151 ° C.

Vriaca destilovaná voda

Destilovaná voda je čistená voda bez akýchkoľvek nečistôt. Často sa používa v lekárskych resp technické účely... Vzhľadom na to, že v takejto vode nie sú žiadne nečistoty, nepoužíva sa na varenie. Je zaujímavé poznamenať, že destilovaná voda vrie rýchlejšie ako obyčajná sladká voda, ale bod varu zostáva rovnaký - 100 stupňov. Rozdiel v čase varu však bude minimálny - iba zlomok sekundy.

V čajníku

Ľudia sa často zaujímajú o teplotu, pri ktorej voda varí v kanvici, pretože na varenie kvapaliny používajú tieto zariadenia. Vzhľadom na to, že atmosférický tlak v byte sa rovná štandardnému tlaku a použitá voda neobsahuje soli a iné nečistoty, ktoré by tam nemali byť, bude teplota varu tiež štandardná - 100 stupňov. Ale ak voda obsahuje soľ, potom bod varu, ako už vieme, bude vyšší.

Záver

Teraz viete, pri akej teplote vrie voda a ako atmosférický tlak a zloženie tekutiny ovplyvňujú tento proces. Nie je na tom nič ťažké a deti dostávajú takéto informácie v škole. Hlavnou vecou je pamätať si, že s poklesom tlaku klesá aj bod varu kvapaliny a s jej nárastom sa tiež zvyšuje.

Na internete nájdete mnoho rôznych tabuliek, ktoré uvádzajú závislosť bodu varu kvapaliny od atmosférického tlaku. Sú k dispozícii každému a aktívne ich používajú školáci, študenti a dokonca aj učitelia v ústavoch.

Sledujme proces varu, začínajúc od okamihu, keď sa na vyhrievanom dne nádoby (kastról alebo) vytvoria prvé bubliny. Mimochodom, sú formované? Pretože tenká vrstva vody priamo v kontakte so dnom nádoby sa zahriala až na 100 stupňov. A podľa fyzikálne vlastnosti voda sa začala meniť z na plynnú.

Prvé bubliny, aj keď sú ešte malé, sa začínajú pomaly vznášať - pôsobia na ne vztlaková sila, inak nazývaná Archimedeanova - a takmer okamžite opäť klesajú na dno. Prečo? Áno, pretože voda zhora ešte nie je dostatočne zahriata. Pri styku s chladnejšími vrstvami sa bubliny akoby „vráskajú“ a strácajú svoj objem. A preto archimedovská sila okamžite klesá. Bubliny klesajú na dno a „praskajú“ gravitáciou.

Ale zahrievanie pokračuje, stále viac vrstiev vody má teplotu blízku 100 stupňom. Bubliny už neklesajú na dno. Snažia sa dosiahnuť povrch, ale najvrchnejšia vrstva je ešte oveľa chladnejšia, a preto pri kontakte s každou bublinou opäť klesá veľkosť (vzhľadom na to, že časť vodnej pary v nej obsiahnutej sa po ochladení zmení na voda). Z tohto dôvodu začína klesať, ale akonáhle sa dostane do horúcich vrstiev, ktoré už predpokladali teplotu 100 stupňov, opäť sa zväčšuje. Pretože z kondenzovanej pary sa opäť stane para. Obrovské množstvo bublín sa pohybuje hore a dole, striedavo sa zmenšuje a zväčšuje a vytvára charakteristický hluk.

A teraz konečne nastáva chvíľa, keď celý vodný stĺp, vrátane najvrchnejšej vrstvy, nadobudol teplotu 100 stupňov. Čo sa stane v tejto fáze? Bubliny stúpajúce nahor sa nerušene dostávajú na povrch. A tu, na rozhraní medzi týmito dvoma médiami, dochádza k „vrieci“: praskajú a uvoľňujú vodnú paru. A tento proces podliehajúci neustálemu zahrievaniu bude pokračovať, kým sa všetka voda nevarí, prejde do plynného stavu.

Je potrebné poznamenať, že teplota varu závisí od atmosférického tlaku. Napríklad vysoko v horách voda vrie pri teplotách nižších ako 100 stupňov. Obyvateľom vysočiny preto varenie vlastného jedla trvá oveľa dlhšie.

Vriaca voda je jednou z najbežnejších každodenných činností. Avšak v horské oblasti tento proces má svoje vlastné charakteristiky. V bodoch rôznej výšky nad hladinou mora voda vrie, keď rôzne teploty.

Ako závisí teplota varu vody od atmosférického tlaku

Vriaca voda sa vyznačuje výraznými vonkajšími: kvapalným varom, tvorbou malých bubliniek vo vnútri riadu a stúpajúcou parou. Molekuly vody pri zahrievaní získavajú dodatočnú energiu zo zdroja tepla. Stávajú sa mobilnejšími a vibrujú.

Nakoniec kvapalina dosiahne teplotu, pri ktorej sa na stenách riadu vytvoria parné bubliny. Táto teplota sa nazýva bod varu. Akonáhle voda začne vrieť, teplota sa nezmení, kým sa všetka kvapalina neprevedie na plyn.

Molekuly vody unikajúce ako pary vyvíjajú tlak na atmosféru. Hovorí sa tomu tlak pary. So zvyšujúcou sa teplotou vody sa zvyšuje a molekuly, ktoré sa pohybujú rýchlejšie, prekonávajú medzimolekulové sily, ktoré ich viažu. Tlaku pár odporuje iná sila, ktorú vytvára vzduchová hmota:. Akonáhle tlak pár dosiahne alebo prekročí tlak okolia, pri jeho prekonaní začne voda vrieť.

Bod varu vody závisí aj od jej čistoty. Voda, ktorá obsahuje nečistoty (soľ, cukor), bude vrieť pri vyššej teplote ako čistá voda.

Vlastnosti vriacej vody v horách

Atmosféra vzduchu vyvíja tlak na všetky objekty, na ktoré. Na úrovni mora je všade rovnaký a rovná sa 1 atm., Alebo 760 mm Hg. Čl. Je to normálny atmosférický tlak a voda vrie pri 100 ° C. Tlak pár pri tejto teplote vody je tiež 760 mm Hg. Čl.

Čím vyššie nad hladinou mora, tým je vzduch redší. V horách klesá jeho hustota a tlak. Vzhľadom na pokles vonkajšieho tlaku na vodu je na prerušenie medzimolekulárnych väzieb potrebná menšia energia. To znamená menej tepla a voda bude vrieť pri nižšej teplote.

S každým kilometrom nadmorskej výšky vrie voda pri teplote, ktorá je o 3,3 ° C nižšia ako pôvodná (alebo približne mínus 1 na každých 300 metrov). V nadmorskej výške 3 km nad morom je atmosférický tlak asi 526 mm Hg. Čl. Voda bude vrieť, keď je tlak pár rovný atmosférickému tlaku, konkrétne 526 mm Hg. Čl. Táto podmienka sa dosahuje pri teplote 90 ° C. V nadmorskej výške 6 km je tlak asi dvakrát nižší ako obvykle a približne 80 ° C.

Na vrchole Everestu, ktorý je vysoký 8848 m, vrie voda pri teplote asi 72 ° C.

V horách vo výške 600 m, kde voda vrie pri teplote 98 ° C, je porozumenie procesu varu obzvlášť dôležité pri príprave jedla. Niektoré jedlá je možné uvariť predĺžením času varenia. Na potraviny, ktoré vyžadujú dobré tepelné spracovanie a dlhé doby varenia, je však najlepšie použiť tlakový hrniec.

Varenie - zdanlivo jednoduché fyzický proces, známy každému, kto aspoň raz v živote uvaril kanvicu. Má však mnoho funkcií, ktoré fyzici študujú v laboratóriách a ženy v domácnosti v kuchyniach. Dokonca ani bod varu nie je ani zďaleka konštantný, ale mení sa v závislosti od rôznych faktorov.

Vriaca kvapalina

Pri varení sa kvapalina začne intenzívne meniť na paru, vytvárajú sa v nej bubliny pary, ktoré stúpajú na povrch. Pri zahrievaní sa para najskôr objaví iba na povrchu kvapaliny, potom sa tento proces začína v celom objeme. Na dne a stenách riadu sa objavujú malé bublinky. Keď teplota stúpa, tlak vo vnútri bublín sa zvyšuje, zvyšujú sa a stúpajú nahor.

Keď teplota dosiahne takzvaný bod varu, začne sa rýchla tvorba bublín, je ich veľa, tekutina vrie. Vytvára sa para, ktorej teplota zostáva konštantná, kým nie je všetka voda. Ak k odparovaniu dochádza za normálnych podmienok, pri štandardnom tlaku 100 MPa je jeho teplota 100 ° C. Ak sa tlak umelo zvýši, môže vzniknúť prehriata para. Vedcom sa podarilo zahriať vodnú paru na teplotu 1227 ° C, ďalším zahrievaním disociácia iónov premieňa paru na plazmu.

Pri danom zložení a konštantnom tlaku je bod varu akejkoľvek kvapaliny konštantný. V učebniciach a príručkách môžete vidieť tabuľky uvádzajúce teploty varu rôznych kvapalín a dokonca kovov. Voda napríklad vrie pri teplote 100 ° C, pri 78,3 ° C, éteru pri 34,6 ° C, zlatom pri 2600 ° C a striebre pri 1950 ° C. Tieto údaje sú pre štandardný tlak 100 MPa a sú vypočítané na úrovni mora.

Ako zmeniť bod varu

Ak tlak klesá, teplota varu klesá, aj keď zloženie zostáva rovnaké. To znamená, že ak vyleziete na horu vysokú 4000 metrov s hrncom vody a zapálite ju, voda bude vrieť pri 85 ° C, čo si vyžiada oveľa menej palivového dreva ako nižšie.

Ženy v domácnosti bude zaujímať porovnanie s tlakovým hrncom, v ktorom je tlak umelo zvyšovaný. Zvyšuje sa aj bod varu vody, vďaka ktorému sa jedlo varí oveľa rýchlejšie. Moderné tlakové hrnce vám umožňujú plynule meniť bod varu zo 115 na 130 ° C a viac.

Ďalším tajomstvom bodu varu vody je jej zloženie. Tvrdá voda, ktorá obsahuje rôzne soli, sa varí dlhšie a vyžaduje si viac energie na zahriatie. Ak do litra vody pridáte dve polievkové lyžice soli, teplota varu sa zvýši o 10 ° C. To isté sa dá povedať o cukre, 10% cukrový sirup vrie pri teplote 100,1 ° C.





























Dozadu dopredu

Pozor! Náhľady snímok slúžia iba na informačné účely a nemusia predstavovať všetky možnosti prezentácie. Ak máš záujem táto práca prosím stiahnite si plnú verziu.

Počas vyučovania

1. Etapy vriacej vody.

Varenie je prechod kvapaliny na paru, ku ktorému dochádza pri tvorbe parných bublín alebo parných dutín v objeme kvapaliny. Bubliny rastú v dôsledku odparovania kvapaliny v nich, vznášajú sa a nasýtené pary obsiahnuté v bublinách prechádzajú do plynnej fázy nad kvapalinou.

Varenie začína vtedy, keď sa kvapalina zahrieva a tlak nasýtených pár nad jej povrchom sa rovná vonkajšiemu tlaku. Teplota, pri ktorej vrie kvapalina pod konštantným tlakom, sa nazýva bod varu (Tboil). Pre každú kvapalinu má bod varu svoj vlastný význam a v procese stacionárneho varu sa nemení.

Presne povedané, Tboil zodpovedá teplote nasýtených pár (teplota nasýtenia) nad plochým povrchom vriacej kvapaliny, pretože samotná kvapalina je vždy relatívne prehriata v porovnaní s Tboil. Počas stacionárneho varu sa teplota vriacej kvapaliny nemení. S rastúcim tlakom sa Tboil zvyšuje

1.1 Klasifikácia varných procesov.

Varenie je klasifikované podľa nasledujúce znaky:

bublina a film.

Varenie, pri ktorom sa para tvorí vo forme periodicky začínajúcich a rastúcich bublín, sa nazýva varenie v jadre. Pri pomalom varení nukleázy sa bubliny naplnené parou objavujú v kvapaline (presnejšie na stenách alebo na dne nádoby).

Pri zvyšovaní tepelný tok až do určitej kritickej hodnoty sa jednotlivé bubliny spájajú a vytvárajú na stene nádoby súvislú parnú vrstvu, ktorá periodicky preráža do objemu kvapaliny. Tento režim sa nazýva film.

Ak je teplota dna nádoby oveľa vyššia ako teplota varu kvapaliny, rýchlosť tvorby bublín na dne je taká vysoká, že sa kombinujú a vytvárajú súvislú vrstvu pary medzi dnom nádoby a samotná kvapalina. V tomto režime varenia filmu tepelný tok z ohrievača do kvapaliny prudko klesá (parný film vedie teplo horšie ako prúdenie v kvapaline) a v dôsledku toho sa rýchlosť varu znižuje. Režim varu filmu je možné pozorovať na príklade kvapky vody na horúcom kachle.

podľa druhu konvekcie na teplovýmennom povrchu? s voľnou a nútenou konvekciou;

Pri zahrievaní sa voda správa nehybne a teplo sa prenáša zo spodných vrstiev do horných pomocou tepelného vedenia. Keď sa otepľuje, povaha prenosu tepla sa mení, pretože sa spustí proces, ktorý sa bežne nazýva konvekcia. Keď sa voda ohrieva blízko dna, expanduje. V súlade s tým je špecifická hmotnosť ohriatej spodnej vody ľahšia ako hmotnosť rovnakého objemu vody v povrchových vrstvách. To spôsobí, že celý vodný systém vo vnútri hrnca bude nestabilný, čo je kompenzované skutočnosťou, že horúca voda začne vyplávať na povrch a chladnejšia voda klesá na svoje miesto. Toto je bezplatná konvekcia. Pri nútenej konvekcii dochádza k výmene tepla zmiešaním kvapaliny a pohyb vo vode sa vytvára za umelým nosičom tepla-mixérom, čerpadlom, ventilátorom a podobne.

vo vzťahu k teplote nasýtenia? bez podchladenia a varu s podchladením. Pri varení s podchladením rastú vzduchové bubliny na dne nádoby, odlomia sa a zrútia sa. Ak nedôjde k podchladeniu, bubliny sa odlepia, rastú a vyplávajú na povrch kvapaliny. orientáciou vriacej plochy v priestore? na vodorovných šikmých a zvislých povrchoch;

Niektoré vrstvy kvapaliny priamo susediace s teplejším teplonosným povrchom sa zahrievajú vyššie a stúpajú ako svetlé steny pri zvislom povrchu. Pozdĺž horúceho povrchu teda vzniká nepretržitý pohyb média, ktorého rýchlosť určuje intenzitu výmeny tepla medzi povrchom a objemom prakticky stacionárneho média.

podľa povahy varu? vyvinuté a nevyvinuté, nestabilné varenie;

So zvýšením hustoty tepelného toku sa koeficient odparovania zvyšuje. Varenie sa zmení na vyvinuté bublinkové varenie. Zvýšenie frekvencie odlúčenia vedie k tomu, že bubliny sa navzájom doťahujú a spájajú. So zvyšujúcou sa teplotou vykurovacej plochy sa počet centier odparovania prudko zvyšuje, v kvapaline pláva stále väčší počet oddelených bublín, čo spôsobuje jej intenzívne miešanie. Vyvíja sa také varenie.

1.2 Rozdelenie procesu varu na stupne.

Vriaca voda je komplexný proces pozostávajúci zo štyroch rôznych fáz.

Prvá etapa začína skĺznutím malých vzduchových bublín zo spodnej časti kanvice, ako aj výskytom skupín bublín na povrchu vody v blízkosti stien kanvice.

Druhý stupeň je charakterizovaný zvýšením objemu bublín. Potom postupne počet bublín, ktoré sa objavujú vo vode a prasknú na povrch, stále viac a viac narastá. V prvej fáze varu počujeme tenký, sotva rozpoznateľný sólový zvuk.

Tretí stupeň varu je charakterizovaný masívnym rýchlym vzostupom bublín, ktoré najskôr spôsobujú mierny zákal a potom dokonca „bielenie“ vody, pripomínajúce rýchlo tečúcu vodu z prameňa. Toto je takzvané varenie „bieleho kľúča“. Je extrémne krátkodobý. Zvuk sa stáva ako hluk malého roja včiel.

Štvrtým je intenzívne bublanie vody, výskyt veľkých praskajúcich bublín na povrchu a následné špliechanie. Postriekanie bude znamenať, že voda veľmi vrela. Zvuky prudko narastajú, ale ich uniformita je narušená, zdá sa, že sa pokúšajú dostať pred seba, chaoticky rastú.

2. Z ceremoniálu čínskeho čaju.

Na východe je postoj k pitiu čaju zvláštny. V Číne a Japonsku bol čajový obrad súčasťou stretnutí filozofov a výtvarníkov. Pri tradičnom orientálnom pití čaju sa prednášali múdre reči, uvažovalo sa o umeleckých dielach. Čajový obrad bol špeciálne vyzdobený pre každé stretnutie, boli vybrané kytice kvetov. Na varenie čaju sa používa špeciálny riad. Zvláštny postoj bol k vode, z ktorej sa pripravoval čaj. Je dôležité správne prevariť vodu a venovať pozornosť „ohnivým cyklom“, ktoré sú vo vriacej vode vnímané a reprodukované. Vodu by sme nemali privádzať k prudkému varu, pretože tak zostáva energia vody, ktorá v kombinácii s energiou čajového listu v nás vytvára požadovaný čajový stav.

Existujú štyri etapy vzhľad vriacej vody, ktoré sa nazývajú „rybie oko”, Krabie oko, "Perlové nite" a „Bublajúca jar“... Tieto štyri stupne zodpovedajú štyrom charakteristikám zvukového sprievodu vriacej vody: tichému hluku, strednému hluku, hluku a hlasnému hluku, ktorým sa v rôznych zdrojoch niekedy tiež dáva rôzne poetické názvy.

Okrem toho sa monitorujú aj fázy výroby pary. Napríklad ľahký opar, hmla, hustá hmla. Hmla a hustá hmla naznačujú prezretú vriacu vodu, ktorá už nie je vhodná na varenie čaju. Verí sa, že energia ohňa v ňom je už taká silná, že potláča energiu vody, a v dôsledku toho voda nebude schopná správne kontaktovať čajový list a dodať pitnej osobe primeranú kvalitu energie čaj.

Výsledkom správneho varenia je lahodný čaj, ktorý je možné variť s vodou, ktorá sa niekoľkokrát nezohreje na 100 stupňov, pričom si môžete vychutnať jemné odtiene pachuť z každého nového záparu.

V Rusku sa začali objavovať čajové kluby, ktoré vštepujú kultúru východného pitia čaju. Pri čajovom obrade zvanom Lu Yu alebo vriacej vode na otvorenom ohni možno pozorovať všetky fázy vriacej vody. Takéto experimenty s procesom vriacej vody je možné vykonať doma. Navrhujem niekoľko experimentov:

- zmeny teploty v spodnej časti nádoby a na povrchu kvapaliny;
zmena teplotnej závislosti fáz vriacej vody;
- zmena objemu vriacej vody v priebehu času;
- distribúcia teplotnej závislosti od vzdialenosti k povrchu kvapaliny.

3. Experimenty na pozorovanie procesu varu.

3.1. Štúdium teplotnej závislosti fáz varu vody.

Teplota sa merala vo všetkých štyroch stupňoch varu kvapaliny. Boli získané nasledujúce výsledky:

– prvý stupeň varu vody (FISH EYE) trval od 1 do 4 minút. Bubliny na dne sa objavili pri teplote 55 stupňov (foto 1).

Foto 1.

– druhyštádium vriacej vody (CRAB EYE) trvalo od 5. do 7. minúty pri teplote asi 77 stupňov. Malé bublinky v spodnej časti zväčšili svoj objem a pripomínali oči kraba. (foto 2).

Foto 2.

– tretí stupeň varu vody (PERLOVÉ NITE) trval od 8. do 10. minúty. Mnoho malých bubliniek tvorilo PERLY THREADs, ktoré stúpali na hladinu vody bez toho, aby sa k nej dostali. Proces sa začal pri teplote 83 stupňov (foto 3).

Fotografia 3.

– štvrtý stupeň varu vody (BURLING SOURCE) trval od 10. do 12. minúty. Bubliny rástli, vystupovali na hladinu vody a praskli a vytvárala sa vriaca voda. Proces prebiehal pri teplote 98 stupňov (foto 4). Fotografia 4.

Fotografia 4.

3.2. Štúdia zmeny objemu vriacej vody v priebehu času.

Časom sa objem vriacej vody zmení. Pôvodný objem vody v hrnci bol 1 liter. Po 32 minútach sa objem znížil na polovicu. To je zreteľne vidieť na fotografii 5, označenej červenými bodkami.

Fotografia 5.


 Fotografia 6.

Nasledujúcich 13 minút vriacej vody sa jej objem znížil o jednu tretinu, táto čiara je tiež označená červenými bodkami (foto 6).

Na základe výsledkov merania bola získaná závislosť zmeny objemu vriacej vody v čase.

Obr. Graf zmeny objemu vriacej vody z času na čas

Záver: Zmena objemu je nepriamo úmerná času varu kvapaliny (obr. 1), kým z pôvodného objemu nezostane žiadny zostávajúci objem1 / Časť 25. V poslednej fáze sa zníženie objemu spomalilo. Úlohu tu zohráva režim filmového varu. Ak je teplota dna nádoby oveľa vyššia ako teplota varu kvapaliny, rýchlosť tvorby bublín na dne je taká vysoká, že sa kombinujú a vytvárajú súvislú vrstvu pary medzi dnom nádoby a samotná kvapalina. V tomto režime klesá rýchlosť varu kvapaliny.

3.3. Štúdium distribúcie teplotnej závislosti od vzdialenosti k povrchu kvapaliny.

Vo vriacej kvapaline je stanovené určité rozloženie teploty (obr. 2), kvapalina sa na vykurovacej ploche nápadne prehrieva. Množstvo prehriatia závisí od radu fyzikálnych a chemických vlastností samotnej kvapaliny, ako aj od hraničných pevných povrchov. Dôkladne vyčistené kvapaliny bez rozpustených plynov (vzduch) je možné pri špeciálnych opatreniach prehriať o desiatky stupňov.

Ryža. 2. Graf závislosti zmeny teploty vody na povrchu od vzdialenosti od vykurovacej plochy.

Na základe výsledkov meraní môžete získať graf závislosti zmeny teploty vody od vzdialenosti od vykurovacej plochy.

Záver: so zvýšením hĺbky kvapaliny je teplota nižšia a v malých vzdialenostiach od povrchu až do 1 cm teplota prudko klesá a potom sa takmer nemení.

3.4 Skúmanie teplotných zmien na dne nádoby a na povrchu kvapaliny.

Vykonalo sa 12 meraní. Voda sa zahrievala od teploty 7 stupňov do varu. Teploty sa merali každú minútu. Na základe výsledkov merania boli získané dva grafy teplotných zmien na vodnej hladine a na dne.

Obr. 3 Pozorovacia tabuľka a graf. (Foto autor)

Závery: zmena teploty vody v spodnej časti nádoby a na povrchu je odlišná. Na povrchu sa teplota mení striktne lineárne a dosahuje bod varu o tri minúty neskôr ako na dne. Je to spôsobené tým, že kvapalina na povrchu prichádza do styku so vzduchom a odovzdáva časť svojej energie, preto sa zahrieva inak ako na dne panvice.

Závery na základe výsledkov práce.

Zistilo sa, že voda po zahriatí na bod varu prechádza tromi stupňami v závislosti od výmeny tepla vo vnútri kvapaliny s tvorbou a rastom parných bublín vo vnútri kvapaliny. Pri sledovaní správania sa vody sú zaznamenané charakteristické vlastnosti každého stupňa.

Zmena teploty vody v spodnej časti nádoby a na povrchu je odlišná. Na povrchu sa teplota mení striktne lineárne a dosahuje bod varu o tri minúty neskôr ako na dne.Je to spôsobené skutočnosťou, že na povrchu kvapalina prichádza do styku so vzduchom a vzdáva sa časti svojej energie.

Experimentálne sa tiež určilo, že s nárastom hĺbky kvapaliny je teplota nižšia a v malých vzdialenostiach od povrchu až do 1 cm teplota prudko klesá a potom sa takmer nemení.

Proces varu prebieha absorpciou tepla. Keď sa kvapalina zahreje, väčšina energie sa spotrebuje na prerušenie väzieb medzi molekulami vody. V tomto prípade sa plyn rozpustený vo vode uvoľňuje na dne a stenách nádoby a vytvára vzduchové bubliny. Po dosiahnutí určitej veľkosti bublina vystúpi na povrch a zrúti sa charakteristickým zvukom. Ak existuje veľa takýchto bublín, voda „zasyčí“. Vzduchová bublina vystúpi na povrch vody a praskne, ak je vztlaková sila väčšia ako gravitácia. Varenie je nepretržitý proces; pri varení je teplota vody 100 stupňov a počas procesu varu vody sa nemení.

Literatúra
  1. V.P. Isachenko, V.A. Osipova, A.S. Sukomel „Prenos tepla“ M.: Energia 1969
  2. Frenkel Ya.I. Kinetická teória kvapalín. L., 1975
  3. Croxton K.A. Fyzika tekutého štátu. M., 1987
  4. POPOLUDNIE. Kurennova „Ruský ľudový liečiteľ“.
  5. Buzdin A., Sorokin V., Vriace kvapaliny. Časopis Kvant, N6,1987

Bežná voda vrie pri 100 stupňoch - o platnosti tohto tvrdenia nepochybujeme a teplomer to ľahko potvrdzuje. Existujú však ľudia, ktorí sa môžu skepticky usmievať, pretože vedia - voda nie vždy a nie vždy vrie presne na 100 stupňoch.

Je to možné? Áno, je to možné, ale iba za určitých podmienok.

Hneď je potrebné povedať, že voda môže vrieť pri teplotách pod +100 ° C a nad nimi. Nebuďte preto prekvapení výrazom „Voda vriaca pri + 73 ° C“ alebo „Vriaca voda začala pri +130 ° C“ - obe tieto situácie sú nielen možné, ale aj relatívne ľahko implementovateľné.

Aby sme však pochopili, ako dosiahnuť vyššie popísané účinky, je potrebné porozumieť mechanizmu varu vody a akýchkoľvek iných kvapalín.

Keď sa kvapalina zahreje, na dne a na stenách nádoby sa začnú vytvárať bubliny naplnené parou a vzduchom. Teplota okolitej vody je však príliš nízka, a preto sa para v bublinách kondenzuje a sťahuje a tieto bubliny pod tlakom vody praskajú. Tento proces pokračuje až do celý objem kvapaliny sa neohreje na teplotu varu- v tejto chvíli je tlak pary a vzduchu vo vnútri bublín porovnávaný s tlakom vody. Také bubliny sú už schopné vystúpiť na povrch kvapaliny a uvoľňovať tam paru do atmosféry - to vrie. Počas varu teplota kvapaliny už nestúpa, pretože dochádza k termodynamickej rovnováhe: koľko tepla sa spotrebuje na zahriatie, rovnaké množstvo tepla sa odstráni parou z povrchu kvapaliny.

Kľúčovým bodom vriacej vody a akejkoľvek inej kvapaliny je rovnosť tlaku pár v bublinách a tlaku vody v nádobe. Z tohto pravidla možno vyvodiť jednoduchý záver - kvapalina môže vrieť pri úplne iných teplotách, a to sa dá dosiahnuť zmenou tlaku kvapaliny. Ako viete, tlak v kvapalinách sa skladá z dvoch zložiek - vlastnej hmotnosti a tlaku vzduchu nad ním. Ukazuje sa, že môžete bod varu vody znížiť alebo zvýšiť zmeny atmosférického tlaku alebo tlak vo vnútri nádoby s vyhrievanou kvapalinou.

V skutočnosti sa to stáva. Napríklad v horách nie je vriaca voda vôbec taká horúca ako na rovinách - vo výške 3 km, kde tlak vzduchu klesne na 0,7 atmosféry, voda vrie už pri +89,5 stupňa. A na Evereste (nadmorská výška - 8,8 km, tlak - 0,3 atmosféry) voda vrie pri teplote o niečo viac ako +68 stupňov. Áno, varenie pri takýchto teplotách je veľmi ťažké a keby nebolo špeciálnych prostriedkov, potom by v takýchto výškach bolo úplne nemožné.

Na zvýšenie bodu varu je potrebné zvýšiť tlak v atmosfére alebo aspoň tesne uzavrieť nádobu vodou. Tento efekt sa využíva pri tzv tlakové hrnce- tesne uzavreté veko neumožňuje únik pary, čo spôsobuje zvýšenie tlaku v ňom, čo znamená, že stúpa aj bod varu. Najmä pri tlaku 2 atmosféry vrie voda iba pri +120 stupňoch. A v parné turbíny tam, kde je udržiavaný tlak v desiatkach atmosfér, voda nevrie ani pri + 300-400 ° С!

Existuje však aj iná možnosť ohrevu vody na vysoké teploty bez varu. Všimli sme si, že tvorba prvých bublín začína na drsnosti nádoby, ako aj okolo viac či menej veľkých častíc kontaminantov prítomných v kvapaline. Ak teda zohrejete absolútne čistú tekutinu dokonale vyleštená nádoba potom je možné za normálneho atmosférického tlaku túto kvapalinu nechať variť pri veľmi vysokých teplotách. Takzvaný prehriata kvapalina, charakterizovaná extrémnou nestabilitou - stačí minimálne zatlačenie alebo vniknutie čiastočky prachu, aby kvapalina okamžite vrela (a v skutočnosti doslova explodovala) v celom svojom objeme naraz.

S trochou úsilia je možné obyčajnú vodu ohriať na +130 ° C a už nebude vrieť. Na získanie vysokých teplôt je už potrebné použiť špeciálne vybavenie, ale limit sa vyskytuje pri +300 ° C - prehriata voda pri takejto teplote môže existovať zlomok sekundy, potom nastane výbušná šumivosť.

Je zaujímavé, že prehriatu kvapalinu je možné získať aj iným spôsobom - zahriať ho na relatívne nízke teploty(mierne pod +100 ° C) a prudko znížte tlak v nádobe (napríklad piestom). V tomto prípade sa tiež vytvorí prehriata kvapalina, ktorá môže vrieť s minimálnym pôsobením. Táto metóda sa používa v bublinové komory registrácia nabitých elementárnych častíc. Pri prelete prehriatou kvapalinou častica spôsobí jej lokálne varenie a navonok sa to zobrazí ako vzhľad stopy (stopy, tenkej čiary) mikroskopických bublín. V bublinových komorách sa však vôbec nepoužíva voda, ale rôzne skvapalnené plyny.

Voda teda nie vždy vrie pri +100 ° C - všetko závisí od tlaku vonkajšieho prostredia alebo vnútri nádoby. Preto v horách bez špeciálne prostriedky„normálnu“ vriacu vodu nemôžete získať a v kotloch tepelných elektrární voda nevrie ani pri +300 ° C.

Na otázku, pri akej teplote vrie voda, s najväčšou pravdepodobnosťou odpoviete, že pri 100 ° C. A vaša odpoveď bude správna, ale táto hodnota je pravdivá iba pri normálnom atmosférickom tlaku - 760 mm Hg. Čl. V skutočnosti môže voda variť pri 80 ° C aj pri 130 ° C. Na vysvetlenie dôvodu takýchto nezrovnalostí je v prvom rade potrebné zistiť, čo je varenie.

Aby sme zistili, koľko stupňov je potrebných na varenie vody, pomôže štúdium mechanizmu fyzikálny jav... Varenie je proces premeny kvapaliny na paru a prebieha v niekoľkých fázach:

  1. Keď sa kvapalina zahreje, bubliny so vzduchom a vodnou parou vystupujú z mikrotrhlín v stenách nádoby.
  2. Bubliny sa mierne roztiahnu, ale kvapalina v nádobe je taká studená, že spôsobuje, že para v bublinách kondenzuje.
  3. Bubliny začnú praskať, kým nie je celá hrúbka tekutiny dostatočne horúca.
  4. Po chvíli sa tlak vody a pary v bublinách vyrovná. V tejto fáze môžu jednotlivé bubliny vystúpiť na povrch a uvoľniť paru.
  5. Bubliny začnú intenzívne stúpať, bublanie začína charakteristickým zvukom. Od tohto štádia sa teplota v nádobe nemení.
  6. Proces varu bude pokračovať, kým sa všetka kvapalina nezmení na plynný stav.

Teplota pary

Teplota pary pri vriacej vode je rovnaká ako teplota vody samotnej. Táto hodnota sa nezmení, kým sa neodparí všetka kvapalina v nádobe. Varením vzniká mokrá para. Je nasýtený kvapalnými časticami rovnomerne rozloženými v celom objeme plynu. Ďalej sa silne dispergované kvapalné častice kondenzujú a nasýtená para sa zmení na suchú.

Existuje aj prehriata para, ktorá je oveľa horšia ako vriaca voda. Dá sa však získať iba pomocou špeciálneho vybavenia.

Vplyv tlaku

Už sme zistili, že na to, aby kvapalina vrela, je potrebné vyrovnať tlak kvapalnej látky a pary. Pretože tlak vody je súčtom atmosférického tlaku a tlaku samotnej kvapaliny, existujú dva spôsoby, ako zmeniť čas varu:

  • zmeny atmosférického tlaku;
  • zmena tlaku v samotnej nádobe.

Prvý prípad môžeme pozorovať na územiach nachádzajúcich sa v rôznych výškach nad hladinou mora. Na pobreží bude teplota varu 100 ° C a na vrchole Mount Everestu iba 68 ° C. Vedci vypočítali, že každých 300 metrov klesne teplota bodu varu vody o 1 ° C, keď stúpate do hôr.

Tieto hodnoty sa môžu líšiť v závislosti od chemického zloženia vody a prítomnosti nečistôt (soli, ióny kovov, rozpustné plyny).

Na získanie vriacej vody sa najčastejšie používajú čajníky. Teplota varu vody v kanvici závisí aj od oblasti bydliska. Obyvatelia horský terén odporúča sa používať autoklávy a tlakové hrnce, ktoré pomáhajú zohriať vriacu vodu a urýchliť proces varenia.

Varenie slanej vody

Skutočnosť, v koľkých stupňoch voda vrie, určuje prítomnosť nečistôt v nej. Ako súčasť morská voda sú prítomné ióny sodíka a chlóru. Nachádzajú sa medzi molekulami H2O a priťahujú ich. Tento proces je známy ako hydratácia.

Väzba medzi vodou a soľnými iónmi je oveľa silnejšia ako medzi molekulami vody. Na rozbitie týchto väzieb je potrebné variť slanú vodu viac energie. Táto energia je teplota.

Slaná kvapalina sa tiež líši od čerstvej nízkou koncentráciou molekúl H20. V tomto prípade sa po zahriatí začnú pohybovať rýchlejšie, ale nemôžu vytvoriť dostatočne veľkú bublinu pary, pretože sa zrážajú menej často. Tlak malých bubliniek nestačí na to, aby sa dostali na povrch.

Na vyrovnanie vody a atmosférického tlaku musíte zvýšiť teplotu. Preto varenie slanej vody trvá oveľa dlhšie ako sladká voda a teplota varu bude závisieť od koncentrácie soli. Je známe, že keď sa do 1 litra tekutiny pridá 60 g NaCl, teplota varu sa zvýši o 10 ° C.

Ako zmeniť bod varu

Na vysočine je príprava jedla veľmi náročná a zaberie veľa času. Dôvod nestačí horúca vriaca voda... Na veľmi vysoké nadmorské výšky je takmer nemožné uvariť vajíčko, nehovoriac o varení mäsa, ktoré potrebuje dobré tepelné spracovanie.

Zmena teploty, pri ktorej vrie kvapalina, je dôležitá pre obyvateľov nielen v horských oblastiach.

Na sterilizáciu výrobkov a zariadení je žiaduce použiť teplotu vyššiu ako 100 ° C, pretože niektoré mikroorganizmy sú odolné voči teplu.

To je dôležitá informácia nielen pre ženy v domácnosti, ale aj pre špecialistov pracujúcich v laboratóriách. Tiež zvýšenie bodu varu môže výrazne ušetriť čas strávený varením, ktoré je v našej dobe dôležité.

Na zvýšenie tohto čísla musíte použiť tesne priliehajúci kontajner. Na to sú najvhodnejšie tlakové hrnce, v ktorých veko neumožňuje prechod pary, čím sa zvyšuje tlak vo vnútri nádoby. Pri zahrievaní sa para uvoľňuje, ale keďže nemôže uniknúť von, kondenzuje ďalej vo vnútri kryt. To vedie k výraznému zvýšeniu vnútorného tlaku. V autoklávoch je tlak 1–2 atmosféry, takže kvapalina v nich vrie pri teplote 120–130 ° C.

Maximálny bod varu vody je stále neznámy, pretože toto číslo sa môže zvyšovať, pokiaľ sa zvyšuje atmosférický tlak. Je známe, že v parných turbínach nemôže voda vrieť ani pri 400 ° C a tlaku niekoľko desiatok atmosfér. Rovnaké údaje boli získané vo veľkých hĺbkach oceánu.

Vriaca voda za zníženého tlaku: Video