Кипение – процесс перехода вещества из жидкого в газообразное состояние (парообразование в жидкости). Кипение не является испарением : оно отличается тем, что может происходить только при определенном давлении и температуре.
Кипячение – нагревание воды до температуры кипения.
Кипение воды является сложным процессом, который происходит в четыре стадии . Рассмотрим пример кипения воды в открытом стеклянном сосуде.
На первой стадии кипения воды на дне сосуда появляются небольшие пузырьки воздуха, которые также можно заметить и на поверхности воды по бокам.
Эти пузырьки образуются в результате расширения небольших пузырей воздуха, которые находятся в мелких трещинах сосуда.
На второй стадии наблюдается увеличение объема пузырьков: все больше пузырьков воздуха рвется на поверхность. Внутри пузырьков находится насыщенный пар.
Как только повышается температура, возрастает давление насыщенных пузырьков, в результате чего они увеличиваются в размере. Как следствие, повышается действующая на пузыри архимедова сила.
Именно благодаря этой силе пузырьки стремятся к поверхности воды. Если верхний слой воды не успел прогреться до 100 градусов С (а это и есть температура кипения чистой воды без примесей), то пузырьки опускаются вниз в более горячие слои, после чего они снова устремляются назад на поверхность.
Ввиду того, что пузыри постоянно уменьшаются и увеличиваются в размере, внутри сосуда возникают звуковые волны, которые создают характерный для кипения шум.
На третьей стадии на поверхность воды поднимается огромное количество пузырьков, что вначале вызывает небольшое помутнение воды, которая затем «бледнеет». Данный процесс продолжается недолго и имеет название «кипение белым ключом».
Наконец, на четвертой стадии кипения вода начинает интенсивно бурлить, появляются большие лопающиеся пузыри и брызги (как правило, брызги означают, что вода сильно перекипела).
Из воды начинает образовываться водяной пар, при этом вода издает специфические звуки.
Почему «цветут» стены и «плачут» окна? Очень часто в этом виноваты строители, неправильно рассчитавшие точку росы. Читайте статью чтобы узнать, насколько это важное физическое явление, и как все-таки избавиться от излишней сырости в доме?
Какую пользу может принести талая вода для желающего похудеть? Об этом вы узнаете , оказывается, худеть можно без особых усилий!
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 .
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.
А здесь ошиблись на 3 порядка «Удельная теплота испарения воды равна 2260 Дж/кг.» Правильно кДж, т.е. в 1000 раз больше.
Чем объясняется высокая температура кипения воды?
Из-за чего вода кипит при высокой температуре?
Перегретый пар, это пар с температурой выше 100С(ну если вы не в горах или вакууме, а при нормальных условиях), его получают пропуская пар через раскаленные трубки, либо проще — от кипящего раствора соли или щелочи(опасно — щелочь крепче Na2CO3(например поташ — K2CO3 почему остатки NaOH за день-два становятся не опасными для глаз, в отличие от окарбонатившихся на воздухе остатков KOH)омыляет глаза, не забудьте надеть плавательные очки!), но р-ры такие кипят толчками, нужны кипелки и тонкий слой на дне, воду можно добавлять при выкипании, выкипает только она.
так из соленой воды можно получить при кипении пар с температурой около 110С, не хуже такого-же из горячей 110С трубы, пар этот содержит лишь воду и нагрет, каким способом он не помнит, но на 10С имеет «запас хода» в сравнении с паром из чайника пресной воды.
Его можно называть сухим, т.к. согрев(контактируя как в трубе, или даже излучением, свойственным не только солнцу но и любому телу в некоторой(температурно зависимой) степени) некий предмет, пар может охладившись до 100С все еще оставаться газом, и только дальнейшее охлаждение ниже 100С вызовет его конденсацию в каплю воды, и почти вакуум(давление насыщенного пара воды около 20мм рт ст из 760мм рт ст(1 атм), тоесть в 38 раз ниже атмосферного давления, это происходит и с неперегретым, насыщенным паром с температурой 100С в прогревшемся сосуде(чайник из носика которого валит пар), и не только с водой, а с любым кипящим веществом, например медицинский эфир кипит ужЕ при температуре тела, и может кипеть в колбе в ладони, из горлышка которой будут «фонтанировать» его парЫ, заметно преломляющие свет, если теперь второй ладонью закрыть колбу, и убрать нагрев нижней ладони, заменив ее подставкой с температурой ниже 35С, эфир перестанет кипеть, а его насыщенный пар, вытолкнувший при кипении весь воздух из колбы, сконденсируется в каплю эфира, создав вакуум не сильнее чем тот от которого эфир закипает, то-есть примерно равный давлению насыщенного пара эфира при температуре самой холодной точки внутри колбы, или присоединенного к ней без утечек второго сосуда или шланга с закрытым дальним концом, так устроен прибор Криофор, демонстрирующий принцип холодной стенки, как сладкая липучка — пчёл, захватывающей все молекулы пара в системе.(«вакуумный спирт» так гонят, без нагрева)
А при более 1700 Цельсия вода очень так хорошо разлогается на кислород и водород…бада-бум получается, ни нада ею плескать на всякие там горящие металлическо-сикамбричнеские конструкции
Процесс кипения – подразумевает в себе переход жидкого вещества в состояние газообразного. Разница между испарением будет в том, что случается это при взаимосвязи с определенными показателями, куда входят не только показатели температуры, но и давления. Быстрота наступления кипения находится целиком во взаимосвязи с молекулами, которые от нагрева начинают чаще сталкиваться друг с другом. Если взять обычные условия, то температурой кипения считается нагревание в 100 градусов Цельсия, но на самом деле это диапазон величин, который зависит, как от непосредственно жидкости, а также давления снаружи и внутри воды. Если обобщить, то этот диапазон имеет величины от 70, на очень высокой горе, до 110, если находится ближе к уровню моря.
Пар это и есть жидкость, только ее состояние переходит в газообразный вид. При взаимодействии с воздухом, он, как и прочие газообразные вещества, может воздействовать на него давлением. Во время парообразования, температура пара и жидкости будут постоянны до момента, когда жидкость не окажется испарена. Случается это в связи с тем, что вся сила температуры уходит на образование пара. Такая ситуация способствует образованию сухого насыщенного пара.
Важно знать! Когда кипит жидкость, пар имеет идентичные с ней градусы. Горячее, чем сама жидкость, получится получать пар исключительно с применением специальных приспособлений. Градусы, требуемые для закипания обычной жидкости, имеют величину в 100 градусов Цельсия.
Соленую воду до кипения довести, возможно, только более высокими температурами, нежели в случае с обычной. В составе соленой же имеется набор ионов, которыми заполнены пространственные промежутки водных молекул. Из-за этого происходит гидратация, когда ионы соли соединяются с молекулами жидкости. Так как после гидратации связь молекул становится ощутимо сильней, соответственно процесс парообразования длится дольше.
За счет нагрева, соленая вода постоянно теряет молекулы, соответственно их сталкивание будет значительно реже. Для закипания потребуется больше времени, чем этого потребует пресная вода. Температуру, с которой можно сделать из соленой воды кипяток, в среднем, можно добавить на 10 градусов Цельсия выше, чем у обычной.
Дистиллированный вид представляет собой очищенную жидкость, которая практически не содержит в себе примеси. Как правило, она предназначена для технического, медицинского и исследовательского применения.
Внимание! Употреблять ее в пищу и готовить на ней еду строго не рекомендуется.
Вода делается при помощи специального оборудования-дистиллятора, где пресная вода выпаривается, а пар конденсирует. По окончании дистилляции примеси будут оставаться вне жидкости.
Дистиллированный вид кипит точно также как и пресная с водопроводной — 100 градусах Цельсия. Есть небольшое отличие, что дистиллированная жидкость дойдет до кипения быстрее, однако эта разница совсем незначительна.
Давление несет в себе существенную разницу для кипения жидкости. При этом играет роль атмосферное давление и давление внутри воды. К примеру, если поставить на огонь воду, находясь на большой высоте, то для закипания будет достаточно 70 градусов Цельсия. В условиях гор приготовление пищи несет определенные сложности. На это уходит более длительное время, так как кипяток не будет достаточно горячим. К примеру, попытка приготовления вареного яйца закончится неудачей, не говоря уже о вареном мясе, которое требует хорошую термическую обработку.
Важно! Не стоит принимать в пищу что-либо, что не прошло термическую обработку или хорошо не проварено. Особенно если дело касается походов и прочих вылазок на природу. Нужно заранее предусмотреть подобные нюансы и застраховать себя от возможных неожиданностей.
Находясь возле моря, температура кипения всегда будет равна 100 градусам. Подымаясь в горы, на пройденные 300 метров вверх температура для закипания будет снижаться на 1 градус. Поэтому жителям, чьи дома находятся на возвышениях, рекомендуют пользоваться автоклавами для кипячения жидкости, чтобы она получалась более горячей.
Внимание! Данную информацию обязательно должны знать работники медицинских учреждений и лабораторий.
Ведь известно, чтобы стерилизовать продукты и приборы требуется температура от 100 градусов и выше. В противном случае инструмент и прочие приспособления не будут стерильными, что впоследствии может принести массу осложнений.
Известно, что наиболее высокий градус воды все еще не обнаружили. Это следствие того, что она может расти до момента, пока не будет предела по атмосферному давлению, вернее, его росту. Паровые турбины разогревают воду до 400 градусов, при этом она не закипает, а давление соблюдается в 30-40 атмосфер.
Кипячение воды требуется для самых разных целей, и умение вскипятить воду просто необходимо в повседневной (и не только) жизни. Готовите ли вы обед? Вам пригодятся знания о том, как соль влияет на кипение воды и как приготовить яйца пашот. Взбираетесь ли вы на вершину горы? Вас наверняка заинтересует, почему в горах пища варится так долго, и как сделать воду из повстречавшейся вам речки безопасной для питья. Прочитав эту статью, вы узнаете об этих и многих других любопытных вещах.
Возьмите кастрюлю с крышкой. Крышка будет удерживать тепло внутри кастрюли, и вода закипит быстрее. В большой кастрюле вода закипает медленнее, однако форма кастрюли не играет заметной роли.
Налейте в кастрюлю холодную воду из-под крана. Горячая вода из крана может впитать в себя свинец из водопроводных труб, поэтому ее лучше не использовать для питься и приготовления пищи. Итак, наберите в кастрюлю холодной воды. Не заполняйте кастрюлю доверху, чтобы вода не выплескивалась при кипении, и не забудьте оставить место для продуктов, которые вы собираетесь варить в кастрюле.
Добавьте соли для вкуса (необязательно). Соль почти не влияет на температуру кипения, даже если вы насыплете ее столько, что вода превратится в морскую! Добавьте немного соли, чтобы придать вкус пище – например, макароны при варке впитывают соль вместе с водой.
Поместите кастрюлю на сильный огонь. Поставьте кастрюлю с водой на плиту и включите под ней сильный огонь. Накройте кастрюлю крышкой, что немного ускорит закипание воды.
Различайте стадии кипения. Для приготовления большинства блюд требуется слабо либо бурно кипящая вода. Научитесь распознавать эти стадии кипения, а также несколько других признаков, позволяющих судить о температуре воды:
Положите в воду продукты. Если вы собираетесь варить какие-либо продукты, поместите их в воду. Будучи холодными, они понизят температуру воды, и она, возможно, перестанет кипеть. Это в порядке вещей: просто сделайте под кастрюлей большой или средний огонь и дождитесь, пока вода вновь разогреется до нужной температуры.
Убавьте огонь. Сильный огонь необходим для того, чтобы быстрее довести воду до кипения. Когда вода закипит, убавьте огонь до среднего (для сильного кипения) или слабого (для медленного кипения). После того, как вода дойдет до последней стадии кипения, сильный огонь не нужен, поскольку он лишь сделает кипение более бурным.
Вскипятите воду, чтобы уничтожить содержащиеся в ней бактерии и другие болезнетворные организмы. При кипячении воды в ней погибают практически все микроорганизмы. Однако кипячение не избавит воду от химического загрязнения.
Доведите воду до бурного кипения. Микроорганизмы погибают из-за высокой температуры, а не от кипения. Однако без термометра сложно определить температуру воды, пока она не закипит. Дождитесь, чтобы вода бурлила и выделяла пар. При этом все опасные микроорганизмы погибнут.
Прокипятите воду в течение 1–3 минут (необязательно). Для большей уверенности дайте воде покипеть 1 минуту (не спеша посчитайте до 60). Если же вы находитесь на высоте более 2.000 метров (6.500 футов) над уровнем моря, покипятите воду в течение 3 минут (медленно посчитайте до 180).
Охладите воду и залейте ее в закрывающуюся емкость. Кипяченая вода пригодна для питья и после охлаждения. Держите ее в чистой закрытой емкости.
Путешествуя, носите с собой компактное устройство для кипячения воды. Если у вас есть доступ к источникам электроэнергии, запаситесь кипятильником. В противном случае берите с собой походную печку либо чайник, а также топливо для разогрева или батарейки.
При отсутствии других вариантов поставьте пластиковую емкость с водой на солнце. Если вы лишены возможности вскипятить воду, залейте ее в чистый пластиковый контейнер. Поставьте контейнер с водой под прямой солнечный свет по крайней мере на шесть часов. Таким образом вы уничтожите вредные бактерии, однако этот способ менее надежен, чем кипячение.
Налейте воду в чашку или миску для микроволновки. Если у вас нет под рукой посуды, специально предназначенной для микроволновой печи, возьмите стеклянную или керамическую емкость, не содержащую металлической краски. Для проверки поместите пустую емкость в микроволновую печь, поставив рядом с ней керамическую чашку с водой. Включите печь на одну минуту. Если после этого емкость разогреется, она не подходит для микроволновой печи.
Поместите в воду какой-либо предмет, безопасный для использования в микроволновой печи. Это также облегчит парообразование. Используйте деревянную ложку, палочку для еды или мороженого. Если вам не нужна чистая вода без примесей, можете добавить в нее ложку соли или сахара.
Поставьте емкость с водой в микроволновку. В большинстве микроволновых печей края вращающегося подноса разогреваются быстрее, чем его середина.
Нагревайте воду короткими интервалами, периодически помешивая. В целях безопасности выясните время, рекомендуемое для нагрева воды, заглянув в руководство по эксплуатации вашей микроволновой печи. Если у вас нет инструкции к печи, попробуйте нагревать воду 1-минутными интервалами. После каждой минуты осторожно перемешивайте воду и вынимайте из печи, проверяя ее температуру. Если емкость очень горячая, и вода выделяет пар, она готова.
Температуру кипения необходимо знать, потому что при ее достижении вода превращается в пар, то есть переходит из одного агрегатного состояния в другое.
Мы привыкли к тому, что в кипящей воде можно дезинфицировать посуду, варить продукты, но это не всегда так. В некоторых условиях температура жидкости будет слишком низкой для всего этого.
Прежде всего надо определиться с понятием кипения. Что это такое? Это процесс, при котором вещество превращается в пар. Причем процесс этот происходит не только на поверхности, но и по всему объему вещества.
При кипении начинают образовываться пузырьки, внутри которых находится воздух и насыщенный пар. Шум закипающего чайника, кастрюли указывает на то, что пузырьки воздуха начали всплывать, затем опускаться и лопаться. Когда емкость хорошо прогреется со всех сторон, шум прекратится, значит, жидкость полностью закипела.
Процесс проходит при определенной температуре и давлении и является с точки зрения физики фазовым переходом первого рода.
Обратите внимание! Испарение может происходить при любой температуре, кипение же – при строго определенной.
В таблицах температура кипения воды или другой жидкости при нормальном атмосферном давлении приводится как одна из основных физических характеристик. Температура кипения (Тк) на самом деле равняется температуре пара, который находится в насыщенном состоянии прямо на границе между водой и воздухом. Сама вода, если быть точным, нагрета чуть-чуть больше.
На процесс кипения также ощутимо влияют:
Есть и другие факторы, заставляющие образовываться пузырьки быстрее или медленнее. Следует также отметить, что у каждых веществ своя Тк. Бытует мнение, что если добавить в воду соль, то она закипит быстрее. Это действительно так, но время изменится совсем немного. Для ощутимых результатов придется добавить очень много соли, что полностью испортит блюдо.
При нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст., или 101 кПа, 1 атм.) вода начинает кипеть, нагревшись до 100 ℃. Это знают все.
Важно! Если внешнее давление увеличивать, то температура кипения тоже возрастет, а если уменьшать, то станет меньше.
Уравнение зависимости температуры кипения воды от давления довольно сложное. Зависимость эта не линейная. Иногда пользуются барометрической формулой для расчета, делая некоторые приближения, и уравнением Клапейрона-Клаузиуса.
Удобнее воспользоваться таблицами из справочников, в которых приведены данные, полученные экспериментальным путем. По ним можно построить график и, проведя экстраполяцию, вычислить требуемое значение.
В горах вода закипит, не успев нагреться до 100 ℃. На самой высокой вершине мира Джомолунгме (Эверест, высота над уровнем моря 8848 м) температура закипания воды равняется приблизительно 69 ℃. Но даже если опуститься немного ниже, то все равно вода будет кипеть не при ста градусах, пока мы не достигнем давления в 101 к Па. На Эльбрусе, который ниже Эвереста, чайник с водой закипит при 82 ℃ – там давление равно 0,5 атм.
Поэтому в горных условиях для приготовления пищи потребуется значительно больше времени, а некоторые продукты вообще не сварятся в воде, их придется готовить другим способом. Иногда неопытные туристы удивляются, почему яйца так долго варятся, а кипяток не обжигает. Все дело в том, что этот кипяток недостаточно нагрет.
В автоклавах и скороварках, наоборот, давление увеличивают. Это заставляет воду кипеть при более высокой температуре. Пища сильнее разогревается, и готовка происходит быстрее. Поэтому скороварки так и назвали. Нагрев до высокой температуры полезен еще и тем, что происходит дезинфекция жидкости, в ней погибают микробы.
Повышение давления приведет к увеличению Тк воды. При 15 атмосферах кипение начнется только при 200 градусах, при 80 атм. – 300 градусов. В дальнейшем рост температуры будет очень медленным. Максимальное значение стремится к 374,15 ℃, что соответствует 218,4 атмосферам.
Что будет, если воздух начнет все более и более разряжаться, стремясь к вакууму? Понятно, что температура кипения тоже начнет уменьшаться. И когда же сможет закипеть вода?
Если понизить давление до 10–15 мм рт. ст. (в 50–70 раз), то температура кипения уменьшится до 10–15 ℃. Такой водой можно охладиться.
При дальнейшем снижении давления Тк будет уменьшаться и может достигнуть температуры замерзания. В этом случае в жидком состоянии вода просто не сможет существовать. Она будет переходить изо льда сразу в газ. Это случится примерно при 4,6 мм рт. ст.
Достичь абсолютного вакуума невозможно, но сильно разряженную атмосферу можно получить, если откачивать из сосуда с водой воздух. В результате такого эксперимента можно увидеть, когда именно закипает жидкость.
Давление понижается не только при откачке воздуха. Оно снижается возле быстро вращающегося винта, например, корабельного. В этом случае возле его поверхности тоже начинается кипение. Такой процесс назвали кавитацией. Во многих случаях такое явление нежелательно, но иногда оно приносит пользу. Так, кавитацию используют в биомедицине, промышленности и при очистке поверхностей ультразвуком.
Процесс закипания воды достаточно интересный и в то же время очень сложный процесс. Кипение - это процесс, при котором вещество (в данном случае вода) переходит из жидкого состояния в газообразное. Чтобы вода закипела, нужна подходящая температура, иначе процесс не запустится. В обычных условиях температура закипания воды равняется 100 градусам по Цельсию. Именно при такой температуре вода примется превращаться в газ.
Как только вода достигнет отметки в 100 градусов, жидкость начнет превращаться в пар. Чтобы легче было представить весь процесс преобразования, наберите в небольшую металлическую кастрюлю воды и поставьте на огонь. Вот что будет происходить:
Таким образом, через какое-то определенное время, вода в кастрюле полностью исчезнет, превратившись в пар. Кстати, не стоит путать кипение и испарение, эти процессы различаются между собой. Испарение может происходить при любой температуре, в то время как кипение лишь при определенной. Также процесс кипения происходит по всей жидкости, а при испарение вода превращаться в пар, начиная с поверхности воды. При испарении жидкость постепенно будет охлаждаться.
На самом деле кипение может происходить и при более низких или высоких температурах, чем 100 градусов. По мимо температуры, не менее важное место занимает давление. Так к примеру если мы начнем подниматься в горы, давление будет уменьшаться, следовательно и температура кипения будет уменьшаться. Если же мы будем спускаться в глубокую шахту, давление будет расти, следовательно температура кипения тоже будет расти. По мимо давления так же важно, чтобы вода постоянно подогревалась, иначе температура упадет и процесс остановится.
