Стадии кипения воды
Процесс кипения воды состоит из трёх стадий:
– начало первой стадии – проскакивание со дна чайника или любого другого сосуда, в котором вода доводится до кипения, крошечных пузырьков воздуха и появления на поверхности воды новых образований пузырьков. Постепенно количество таких пузырьков увеличивается.
– на второй стадии кипения воды происходит массовый стремительный подъём пузырьков вверх, вызывающий сначала лёгкое помутнение воды, которое затем переходит в «побеление», при котором вода внешне напоминает струю родника. Это явление называется кипением белым ключом и крайне непродолжительно.
– третья стадия сопровождается интенсивными процессами бурления воды, появления на поверхности крупных лопающихся пузырей и брызг. Большое количество брызг означает, что вода сильно перекипела.
Кстати, если Вы любите попить чайку, заваренного на чистой природной воде, то для этого можно сделать заказ, не выходя из дома, на сайте, к примеру: http://www.aqualeader.ru/. После чего компания по доставке воды привезет ее на дом.
Простые наблюдатели уже давно обратили внимание на тот факт, что все три стадии кипения воды сопровождаются различными звуками. Вода на первой стадии издаёт едва различимый тонкий звук
Во второй стадии звук переходит в шум, напоминающий гул пчелиного роя. На третьей стадии звуки кипящей воды теряют равномерность и становятся резкими и громкими, хаотически нарастая.
Все стадии кипения воды легко проверяются опытом. Начав нагревать воду в открытой стеклянной ёмкости и периодически замеряя температуру, спустя краткий промежуток времени мы начнём наблюдать пузырьки, покрывающие дно и стенки ёмкости.
Давайте подробнее остановимся на пузырьке, возникающем около дна. Постепенно наращивая объём, пузырёк увеличивает и площадь соприкосновения с прогревающейся водой, которая ещё не достигла высокой температуры. В результате этого находящиеся внутри пузырька пар и воздух охлаждаются, вследствие чего давление их уменьшается, и тяжесть воды лопает пузырёк. Именно в этот момент вода издаёт характерный для закипания звук, возникающий из-за столкновений воды с дном ёмкости в тех местах, где лопаются пузырьки.
По мере приближения температуры в нижних слоях воды к 100 градусам Цельсия внутрипузырьковое давление уравнивается с давлением воды на них, в результате чего пузырьки постепенно расширяются. Увеличение объёма пузырьков приводи и к увеличению действия на них выталкивающей силы, под действием которой наиболее объёмные пузырьки отрываются от стенок ёмкости и стремительно поднимаются вверх. В том случае, если верхний слой воды ещё не достиг 100 градусов, то пузырёк, попадая в более холодную воду, теряет часть водяных паров, конденсирующихся и уходящих в воду. При этом пузырьки снова уменьшаются в размере и опускаются вниз под действием силы тяжести. Возле дна они снова набирают объём и поднимаются вверх, и именно эти изменения пузырьков в размерах создают характерный шум закипающей воды.
К моменту, когда весь объём воды достигает 100 градусов, поднимающиеся пузырьки уже не уменьшаются в размере, а лопаются на самой поверхности воды. При этом происходит выброс пара наружу, сопровождаемый характерным бульканьем – это означает, что вода кипит. Температура, при которой жидкость достигает кипения, зависит от давления, которое испытывает её свободная поверхность. Чем больше это давление – тем большая требуется температура, и наоборот.
То, что вода закипает при 100 градусах Цельсия – общеизвестный факт. Но стоит учесть, что такая температура справедлива только при условии нормального атмосферного давления (около 101 килопаскаля). С увеличением давления температура, при которой жидкость достигает кипения, тоже возрастает. К примеру, в кастрюлях-скороварках пища варится под давлением, приближающимся к 200 килопаскалям, при котором температура кипения воды составляет 120 градусов. В воде с такой температурой варение протекает гораздо быстрее, чем при обычной температуре кипения – отсюда и такое название кастрюли.
Соответственно, понижение давления понижает и температуру кипения воды. К примеру, жители горных районов, обитающие на высоте 3 километров, добиваются кипения воды быстрее жителей равнин – все стадии кипения воды происходят быстрее, поскольку для этого необходимо всего 90 градусов при давлении 70 килопаскалей. Но сварить, к примеру, куриное яйцо жители гор не могут, поскольку минимальная температура, при которой белок сворачивается – как раз 100 градусов Цельсия.
Рубрика: Это интересно |
Метки: интересности
Понятие тепловых явлений
Тепловые явления — это физические процессы, протекающие в телах при их нагревании или охлаждении. То есть это те явления, которые происходят с телами по мере изменения их температуры.
Давайте сделаем небольшую остановку на этом физическом понятии, а потом продолжим.
Температура — мера нагретости тела. Ее можно измерить с помощью термометра, или по-простому градусника. У этого прибора есть множество разновидностей, но в быту чаще всего пользуются ртутными (для измерения температуры человеческого тела), жидкостными (для измерения температуры воздуха или жидкости) и электронными термометрами.
В мире используют несколько температурных шкал: Цельсия, Кельвина и Фаренгейта. На онлайн-уроках физики в школе Skysmart вы подробнее познакомитесь с ними и научитесь легко переводить значения из одной шкалы в другую!
Литература
- Кипение // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. — М.: Энергия, 1969.
- Кикоин И. К., Кикоин А. К. Молекулярная физика. — М., 1963.
- Радченко И. В. Молекулярная физика. — М., 1965.
- Михеев М. А. Глава 5 // Основы теплопередачи. — 3-е изд. — М.—Л., 1956.
- Петухов Б. С., Генин Л. Г., Ковалев С. А. Теплообмен в ядерных энергетических реакторах. — М.: Энергоатомиздат, 1986.
- Кириллов П. Л., Юрьев Ю. С., Бобков В. П. Справочник по теплогидравлическим расчетам. — М.: Энергоатомиздат, 1990.
- Кипение // : / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
Свойства кипения
Таким образом, кипение начинается тогда, когда давление насыщенного пара сравнивается с давлением внутри жидкости. Из формулы уравнения Менделеева — Клапейрона следует, что это давление растёт с повышением температуры. Если увеличить внешнее давление, то это приведёт к увеличению давления насыщенного пара, следовательно, кипение прекратится. И наоборот, при уменьшении внешнего давления жидкость может начать кипеть даже без подвода к жидкости дополнительного тепла.
Ещё одним свойством рассматриваемого явления является то, что оно возможно лишь тогда, когда температура жидкости достигает определённой точки, называемой «температурой кипения». И в этот момент температура воды перестаёт увеличиваться, несмотря на нагревание. Происходит это потому, что все молекулы, набирающие достаточную энергию, сразу переходят в газ, по всему объёму жидкости. В жидкости остаются только более медленные молекулы с меньшей температурой. Как только эти молекулы «нагреваются», они также покидают жидкость.
Получается, что в процессе кипения вся тепловая энергия, подводимая к жидкости, тратится на образование пара, а не на нагревание жидкости. Каждый килограмм пара для образования требует некоторое количество тепловой энергии, и эта энергия называется удельной теплотой кипения, или парообразования. Для её определения используются справочные таблицы. Температура пара при этом равна температуре жидкости (для воды в нормальных условиях — 100 °С).
Поэтому невозможно довести воду до кипения при нагревании «на водяной бане». Температура в кипящей водяной бане будет равна 100 °С, и она будет такой же, как температура нагреваемой воды. Подвод дополнительного тепла к нагреваемой жидкости прекратится. А для кипения требуется дополнительное тепло. То есть нагревание на водяной бане используется тогда, когда надо максимально приблизиться к кипению жидкости, но не вскипятить её.
Рис. 3. Нагревание на водяной бане
Что мы узнали?
Кипение — это переход жидкости в газообразное состояние сразу по всему объёму жидкости. Такой переход начинается тогда, когда давление насыщенного пара сравняется с давлением внутри жидкости. Во время кипения температура жидкости не повышается потому, что всё подводимое тепло уходит на газообразование.
/10
Вопрос 1 из 10
От чего зависит скорость испарения
Скорость, с которой вещество испаряется, зависит от:
- силы, с которой молекулы вещества притягиваются к соседним молекулам (род вещества),
- площади поверхности жидкости,
- движения воздуха над поверхностью жидкости (дует ли ветер, или нет),
- температуры (чем выше температура, тем интенсивнее испарение).
Рассмотрим влияние каждого из этих факторов подробнее.
Рис. 2. Скорость испарения зависит от рода вещества, температуры, площади поверхности тела и наличия движения воздуха над поверхностью тела
Как влияет на испарение род вещества
Из жизненного опыта известно, что некоторые жидкости испаряются быстрее, другие — медленнее.
Возьмем воду и ацетон при одинаковой температуре и сравним скорости их испарения.
Если капнуть ацетон на руку, он начнет быстро испаряться и в месте контакта мы будем ощущать холод.
Примечание: Ощущение холода возникает из-за того, что испаряющиеся молекулы уносят с собой тепловую энергию.
А если руку смочить водой, то значительного ощущения холода не возникает.
Вода будет испаряться медленнее, потому, что молекулы воды притягиваются друг к другу сильнее, чем молекулы ацетона. Из-за этого, скорость испарения воды меньше скорости, с которой испаряется ацетон.
Рис. 3. Молекулы воды притягиваются друг к другу сильнее, чем молекулы ацетона. Из-за этого, ацетон испаряется быстрее воды
Примечание: Обычно, вместо фразы «Молекулы притягиваются сильно» физики говорят: «Потенциальная энергия взаимодействия молекул велика».
Быстро испаряющиеся вещества химики иногда называют летучими. Примерами таких летучих веществ могут служить медицинский спирт, бензин, ацетон и т. п. Такие вещества хорошо испаряются, потому, что невелики силы притяжения между их молекулами.
Как влияет на испарение движение воздуха над поверхностью
Скорость испарения жидкости возрастает, когда воздух над ее поверхностью приходит в движение.
Некоторые испаряющиеся молекулы не имеют запаса кинетической энергии, чтобы улететь подальше от своей жидкости. Они остаются близко к поверхности и спустя какое-то время возвращаются назад в жидкость. Движение воздуха эти вылетевшие молекулы подхватывает и уносит, не давая им вернуться назад. Из-за этого, скорость испарения жидкости увеличивается.
Рис. 4. Из-за ветра скорость испарения жидкости увеличивается — движение воздуха подхватывает испарившиеся молекулы и уносит, не давая им вернуться назад в жидкость
Если подуть на мокрую руку, мы почувствуем ощущение прохлады отчетливее. Возникшее движение воздуха увеличило количество испаряющихся молекул. И теперь из жидкости уходит больше тепловой энергии. Это повлияло на усиление ощущения холода.
Как влияет на испарение площадь поверхности жидкости
Нальем одинаковое количество воды в стакан и в блюдечко. Оставим эти емкости на столе на некоторое время. Через несколько дней мы заметим, что в стакане количество воды уменьшилось, а из блюдца вода испарилась полностью. Вода из блюдца испарилась быстрее, потому, что имела большую площадь поверхности.
Рис. 5. Чем больше поверхность жидкости, тем быстрее она испаряется, ведь испарение происходит на поверхности
Процесс испарения происходит у поверхности жидкости. Поэтому, чем больше поверхность жидкости, тем быстрее будет испаряться жидкость.
Как влияет на испарение температура
Жидкости испаряются при любой температуре. А с ростом температуры скорость испарения возрастает. Потому, что возрастает количество молекул, обладающих энергией, достаточной, чтобы покинуть жидкость.
Рис. 6. С ростом температуры скорость испарения возрастает, потому, что все больше молекул обладает энергией, достаточной, чтобы покинуть жидкость
Примечание: Зависимость испарения от температуры в некоторых учебниках описывают так: При повышении температуры все большее количество молекул жидкости имеют кинетическую энергию, превышающую потенциальную энергию взаимодействия с соседними молекулами. Поэтому, с ростом температуры, скорость испарения жидкости возрастает.
Примечание: Процесс образования пара в одних случаях называют испарением, а в других – кипением (ссылка).
