Точка на кипене. Молекулярна физика

Процес на вряща водасе състои от три етапа:
- началото на първия етап - изплъзване от дъното на чайника или друг съд, в който водата е доведена до кипене, малки въздушни мехурчета и поява на нови мехурчета по повърхността на водата. Постепенно броят на такива мехурчета се увеличава.

- На втория етап на кипене на водаима масивно бързо издигане на мехурчетата нагоре, което предизвиква отначало леко помътняване на водата, което след това преминава в "побеляване", при което водата изглежда като струя от извор. Това явление се нарича кипене. бял ключи изключително кратък.

- третият етап е придружен от интензивни процеси на кипене на водата, появата на големи спукани мехурчета и пръски по повърхността. Голямо количество пръскане означава, че водата е прекипала много.

Между другото, ако обичате да пиете чай, сварен на чист естествена вода, тогава за това можете да направите поръчка, без да напускате дома си, на уебсайта, например: http://www.aqualeader.ru/. След това компанията за доставка на вода ще я донесе до дома ви.

Обикновените наблюдатели отдавна са забелязали факта, че и трите етапа на вряща вода са придружени от различни звуци. На първия етап водата издава фин звук. Във втория етап звукът се превръща в шум, напомнящ тътен на пчелен рояк. На третия етап звуците от вряща вода губят своята еднородност и стават остри и силни, нарастват хаотично.

Всичко етап на кипене на водалесно се проверяват от опит. След като започнахме да нагряваме вода в отворен стъклен съд и периодично измерваме температурата, след кратък период от време започваме да наблюдаваме мехурчета, покриващи дъното и стените на съда.

Нека разгледаме по-отблизо балона, който се появява близо до дъното. Постепенно увеличавайки обема си, балонът също така увеличава площта на контакт със затопляща се вода, която все още не е достигнала висока температура. В резултат на това парата и въздухът вътре в балона се охлаждат, в резултат на което налягането им намалява и теглото на водата разрушава балона. Именно в този момент водата издава звук, характерен за кипене, произтичащ от сблъсъците на водата с дъното на съда на местата, където се спукват мехурчетата.

Тъй като температурата в долните слоеве на водата се приближава до 100 градуса по Целзий, налягането в мехурчетата се изравнява с налягането на водата върху тях, в резултат на което мехурчетата постепенно се разширяват. Увеличаването на обема на мехурчетата също води до увеличаване на ефекта на плаваща сила върху тях, под действието на която най-обемните мехурчета се откъсват от стените на контейнера и бързо се издигат нагоре. В случай, че горен слойводата все още не е достигнала 100 градуса, след това балонът, попадащ в повече студена вода, губи част от водната пара, която кондензира и отива във водата. В този случай мехурчетата отново намаляват по размер и се спускат надолу под въздействието на гравитацията. Близо до дъното те отново придобиват обем и се издигат нагоре и именно тези промени в размера на мехурчетата създават характерния шум на вряща вода.

Докато целият обем на водата достигне 100 градуса, издигащите се мехурчета вече не намаляват по размер, а се спукват на самата повърхност на водата. В този случай парата се изхвърля навън, придружена от характерно бълбукане - това означава, че водата кипи... Температурата, при която течността достига до кипене, зависи от налягането, което изпитва свободната й повърхност. Колкото по-високо е това налягане, толкова по-висока е необходимата температура и обратно.

Фактът, че водата кипи, когато 100 градуса по ЦелзийВсеизвестен факт е. Но си струва да се има предвид, че такава температура е валидна само при нормално атмосферно налягане (около 101 килопаскала). С увеличаване на налягането се повишава и температурата, при която течността достига до кипене. Например в тенджерите под налягане храната се готви под налягане, достигащо 200 килопаскала, при което точката на кипене на водата е 120 градуса. Във вода с тази температура готвенето протича много по-бързо, отколкото при нормална точка на кипене - оттук и името на тигана.

Съответно понижаването на налягането понижава и точката на кипене на водата. Например, жителите на планински райони, живеещи на надморска височина от 3 километра, постигат вряща вода по-бързо от жителите на равнините - всички етапи на кипене на водата протичат по-бързо, тъй като това изисква само 90 градуса при налягане от 70 килопаскала. Но да готвя, напр. яйцежителите на планините не могат, тъй като минималната температура, при която се намалява протеинът, е точно 100 градуса по Целзий.

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

процес

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

1. На първия етап на дъното на загрятия съд се образуват малки мехурчета. Могат да се видят и отстрани или на повърхността на водата. Те се образуват поради разширяването на въздушните мехурчета, които винаги присъстват в пукнатините в съда, където се нагрява водата.
2. На втория етап обемът на мехурчетата се увеличава. Всички те започват да се разкъсват на повърхността, тъй като съдържат наситена пара, която е по-лека от водата. С повишаване на температурата на нагряване налягането на мехурчетата се увеличава и те се изтласкват на повърхността поради известната сила на Архимед. В същото време можете да чуете характерния звук на кипене, който се образува поради постоянното разширяване и намаляване на размера на мехурчетата.
3. На третия етап се вижда на повърхността голям броймехурчета. Това първоначално създава мътна вода. Този процес се нарича популярно "варене с бял ключ" и продължава за кратък период от време.
4. На четвъртия етап водата кипи интензивно, на повърхността се появяват големи спукани мехурчета и могат да се появят пръски. Най-често пръскането означава, че течността се е загряла до максимална температура... Парата ще започне да излиза от водата.

Известно е, че водата кипи при температура от 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, оказва определен натиск върху него. По време на изпаряване, температурите на парата и водата остават постоянни, докато цялата течност промени своята агрегатно 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 след изпаряване на цялата течност става суха. Ако температурата му започне да надвишава температурата на водата, тогава такава пара се прегрява и по своите характеристики ще бъде по-близо до газа.

Кипяща солена вода

Достатъчно 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 област между водните молекули. Ето как химическият състав на водата със сол се различава от обикновената прясна течност.

Факт е, че в солената вода протича реакция на хидратация - процесът на прикрепване на водни молекули към солните йони. Комуникация между молекули прясна водапо-слаби от образуваните при хидратация, така че кипенето на течността с разтворената сол ще отнеме повече време. С повишаване на температурата молекулите във водата, съдържаща сол, се движат по-бързо, но има по-малко от тях, което прави сблъсъците между тях по-редки. В резултат на това се генерира по-малко пара и следователно нейното налягане е по-ниско от налягането на парата на прясната вода. Следователно за пълно генериране на пара е необходима повече енергия (температура). Средно, за да заври един литър вода, съдържаща 60 грама сол, е необходимо да се повиши точката на кипене на водата с 10% (тоест с 10 С).

Налягане на кипене спрямо налягане

Известно е, че в планината, независимо от химичен съставточката на кипене на водата ще бъде по-ниска. Това се дължи на факта, че Атмосферно наляганена височината отдолу. Налягане със стойност от 101,325 kPa се счита за нормално. При него точката на кипене на водата е 100 градуса по Целзий. Но ако се изкачите в планината, където налягането е средно 40 kPa, тогава водата ще заври там при 75,88 C. Но това не означава, че готвенето в планината ще трябва да прекара почти половината от времето. За термична обработка на продуктите е необходима определена температура.

Смята се, че на височина от 500 метра над морското равнище водата ще кипи при 98,3 C, а на височина от 3000 метра температурата на кипене ще бъде 90 C.

Имайте предвид, че този закон е валиден и в обратна посока... Ако поставите течност в затворена колба, през която парата не може да премине, тогава с повишаване на температурата и образуване на пара налягането в тази колба ще се увеличи и кипи при високо кръвно наляганеще се случи при по-висока температура. Например, при налягане от 490,3 kPa, точката на кипене на водата ще бъде 151 C.

Вряща дестилирана вода

Дестилираната вода е пречистена вода без никакви примеси. Често се използва за медицински 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 кипи по-бързо от обикновената прясна вода, но точката на кипене остава същата – 100 градуса. Разликата във времето на кипене обаче ще бъде минимална - само част от секундата.

В чайника

Често хората се интересуват от температурата, при която водата кипи в чайник, тъй като именно тези устройства използват за кипене на течност. Като се има предвид факта, 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 температурата 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 трудно и децата получават такава информация в училище. Основното нещо е да запомните, че с намаляване на налягането точката на кипене на течността също намалява, а с увеличаването й също се увеличава.

В интернет можете да намерите много различни маси, където е посочена зависимостта на точката на кипене на течността от атмосферното налягане. Те са достъпни за всички и се използват активно от ученици, студенти и дори учители в институти.

Кипене- Това е интензивен преход на течност в пара, който протича с образуването на парни мехурчета в целия обем на течността при определена температура.

По време на кипене температурата на течността и парата над нея не се променя. Остава непроменен, докато цялата течност не изпари. Това е така, защото цялата енергия, подадена на течността, се изразходва за превръщането й в пара.

Температурата, при която течността кипи, се нарича точка на кипене.

Точката на кипене зависи от налягането, упражнявано върху свободната повърхност на течността. Това се дължи на зависимостта на налягането наситена параот температура. Парният мехур расте, докато налягането на наситените пари вътре в него леко надвиши налягането в течността, която се състои от външно наляганеи хидростатичното налягане на течния стълб.

Колкото повече външен натиск, толкова повече температура на кипене.

Всеки знае, че водата кипи при температура от 100 ºC. Но не бива да забравяме, че това е вярно само при нормално атмосферно налягане (около 101 kPa). С увеличаване на налягането точката на кипене на водата се увеличава. Например в тенджерите под налягане храната се готви под налягане от около 200 kPa. В същото време температурата на кипене на водата достига 120 ° С. Във вода с тази температура процесът на готвене протича много по-бързо, отколкото в обикновена вряща вода. Това обяснява името "тенджера под налягане".

Обратно, като намаляваме външното налягане, по този начин понижаваме точката на кипене. Например, в планинските райони (на надморска височина от 3 км, където налягането е 70 kPa), водата кипи при температура от 90 ° C. Следователно, жителите на тези райони, използващи такава вряща вода, изискват значително повече време за приготвяне на храна, отколкото жителите на равнините. И варенето в тази вряща вода, например, пилешко яйце по принцип е невъзможно, тъй като при температури под 100 ° C протеинът не се подсирва.

Всяка течност има своя точка на кипене, която зависи от налягането на наситените пари. Колкото по-високо е налягането на наситените пари, толкова по-ниска е точката на кипене на съответната течност, тъй като при по-ниски температури налягането на наситените пари става равно на атмосферното. Например, при температура на кипене от 100 ° C, налягането наситени париводата е 101 325 Pa (760 mm Hg), а парата е само 117 Pa (0,88 mm Hg). Живакът кипи при 357 ° C при нормално налягане.

Топлина на изпаряване.

Топлина на изпаряване (топлина на изпаряване)- количеството топлина, което трябва да бъде предадено на веществото (при постоянно налягане и постоянна температура) за пълното превръщане на течно вещество в пара.

Количеството топлина, необходимо за изпаряване (или отделяно по време на кондензация). За изчисляване на количеството топлина Внеобходими за превръщането в пара на течност с всякаква маса, взета при точката на кипене, ви е необходима специфична топлинаизпаряване rум-нож на земята м:

Когато парата се кондензира, се отделя същото количество топлина.

Всеки знае, че точката на кипене на водата при нормално атмосферно налягане (около 760 mm Hg) е 100 ° C. Но не всеки знае, че водата може да заври, когато различни температури... Точката на кипене зависи от редица фактори. Ако се задействат определени условия, водата може да заври при + 70 ° С, и при +130 ° С, и дори при 300 ° С! Нека разгледаме причините по-подробно.

Какво определя точката на кипене на водата?

Врянето на вода в контейнер става по определен механизъм. В процеса на нагряване на течността по стените на съда, в който се излива, се появяват въздушни мехурчета. Във всеки мехур има пара. Температурата на парата в мехурчетата първоначално е много по-висока от нагрятата вода. Но налягането му през този период е по-високо, отколкото вътре в мехурчетата. Докато водата се затопли, парата в мехурчетата се компресира. След това, под въздействието на външно налягане, мехурчетата се спукват. Процесът продължава, докато температурите на течността и парата в мехурчетата се изравнят. Точно сега топките с пара могат да се издигнат на повърхността. Водата започва да кипи. Освен това процесът на нагряване се прекратява, тъй като излишната топлина се отстранява с пара навън в атмосферата. Това е термодинамично равновесие. Нека си спомним физиката: налягането на водата се състои от теглото на самата течност и налягането на въздуха над съда с вода. По този начин, чрез промяна на един от двата параметъра (налягането на течността в съда и налягането на атмосферата), е възможно да се промени точката на кипене.

Каква е точката на кипене на водата в планината?

В планините температурата на кипене на течността постепенно спада. Това се дължи на факта, че атмосферното налягане постепенно намалява при изкачване на планината. За да заври водата, налягането в мехурчетата, които се появяват при нагряването на водата, трябва да е равно на атмосферното налягане. Следователно, с увеличаване на надморската височина в планините на всеки 300 m, точката на кипене на водата намалява с приблизително един градус. Такава вряща вода не е толкова гореща, колкото вряща течност в равна зона. Приготвянето на чай на голяма надморска височина е трудно, а понякога и невъзможно. Зависимостта на кипенето на водата от налягането изглежда така:

А при други условия?

Каква е точката на кипене на водата във вакуум? Вакуумът е разредена среда, в която налягането е много по-ниско от атмосферното. Точката на кипене на водата в разредена среда също зависи от остатъчното налягане. При налягане във вакуум от 0,001 атм. течността ще заври при 6,7 ° C. Обикновено остатъчното налягане е около 0,004 атм., Следователно при това налягане водата кипи при 30 ° C. С увеличаване на налягането в разредена среда, точката на кипене на течността ще се повиши.

Защо водата в херметически затворен съд кипи при по-висока температура?

В херметически затворен съд точката на кипене на течността е свързана с налягането вътре в контейнера. По време на процеса на нагряване се отделя пара, която се отлага чрез кондензат върху капака и стените на съда. По този начин налягането вътре в съда се увеличава. Например, в тенджера под налягане налягането достига 1,04 атм., така че течността кипи в нея при 120 ° C. Обикновено в такива контейнери налягането може да се контролира с помощта на вградени клапани, следователно и температурата.

Процесът на кипене на вода е доста интересен и в същото време много сложен процес. Кипенето е процесът, при който веществото (в този случай водата) преминава от течно в газообразно състояние. За да заври водата е необходима подходяща температура, в противен случай процесът няма да започне. При нормални условия температурата на кипене на водата е 100 градуса по Целзий. При тази температура водата ще започне да се превръща в газ.

Как кипи водата

Веднага щом водата достигне 100 градуса, течността ще започне да се превръща в пара. За да си представите по-лесно целия процес на трансформация, сложете вода в малък метален съд и го поставете на огън. Ето какво ще се случи:

• водата в тенджерата ще започне да се нагрява;
• когато температурата на водата достигне 100 градуса, на самото дъно на тигана ще започнат да се образуват мехурчета с пара;
• при достигане на повърхността тези мехурчета се спукват, отделяйки пара на свобода;
• количеството вода в тенджерата постепенно ще намалява.

Така след определено време водата в тигана напълно ще изчезне, превръщайки се в пара. Между другото, не бъркайте кипене и изпаряване, тези процеси се различават един от друг. Изпаряването може да се случи при всяка температура, докато кипи само при определена температура. Също така процесът на кипене протича в цялата течност и по време на изпаряване водата се превръща в пара, започвайки от повърхността на водата. Докато се изпарява, течността постепенно ще се охлади.

Какви други условия влияят на процеса на кипене

Всъщност кипене може да се получи и при по-ниски или високи температуриот 100 градуса. Освен температурата, налягането е не по-малко важно. Така например, ако започнем да се изкачваме по планини, налягането ще намалее, следователно, точката на кипене ще намалее. Ако слезем в дълбока шахта, налягането ще се повиши, следователно и точката на кипене ще се повиши. Освен налягането също е важно водата да се нагрява постоянно, в противен случай температурата ще падне и процесът ще спре.