Verdančio vandens procesas susideda iš trijų etapų:
- pirmojo etapo pradžia - nuslydimas nuo virdulio ar kito indo dugno, kuriame užvirinamas vanduo, mažyčiai oro burbuliukai ir naujų burbuliukų darinių atsiradimas vandens paviršiuje. Palaipsniui tokių burbuliukų daugėja.
- Antroje vandens virimo stadija vyksta didžiulis spartus burbuliukų kilimas aukštyn, iš pradžių sukeldamas nedidelį vandens drumstumą, kuris vėliau virsta „balėjimu“, kuriame vanduo atrodo kaip šaltinio srovė. Šis reiškinys vadinamas virimu. baltas raktas ir itin trumpas.
- trečiąjį etapą lydi intensyvūs vandens virimo procesai, didelių sprogusių burbuliukų ir purslų atsiradimas ant paviršiaus. Didelis purslų kiekis reiškia, kad vanduo per daug užvirė.
Beje, jei mėgstate gerti švariai užplikytas arbatas natūralus vanduo, tada už tai galite atlikti užsakymą neišeidami iš namų svetainėje, pavyzdžiui: http://www.aqualeader.ru/. Tada vandens tiekimo įmonė atveš jį į namus.
Paprasti stebėtojai jau seniai pastebėjo, kad visi trys vandens virimo etapai yra lydimi skirtingų garsų. Pirmajame etape vanduo skleidžia subtilų garsą. Antrame etape garsas virsta triukšmu, primenančiu bičių spiečiaus ošimą. Trečiajame etape verdančio vandens garsai praranda vienodumą, tampa aštrūs ir garsūs, chaotiškai didėja.
Viskas vandens virimo stadija nesunkiai patikrinama patirtimi. Pradėjus šildyti vandenį atvirame stikliniame inde ir periodiškai matuojant temperatūrą, po trumpo laiko pradedame stebėti indo dugną ir sieneles dengiančius burbulus.
Pažvelkime atidžiau į burbulą, kuris pasirodo šalia apačios. Palaipsniui didinant savo tūrį, burbulas taip pat padidina sąlyčio su šylančiu vandeniu, kuris dar nepasiekė aukštos temperatūros, plotą. Dėl to burbulo viduje esantys garai ir oras atšaldomi, dėl to sumažėja jų slėgis, o vandens svoris burbulą susprogdina. Būtent šiuo momentu vanduo skleidžia virimui būdingą garsą, atsirandantį dėl vandens susidūrimo su indo dugnu tose vietose, kur sprogsta burbuliukai.
Temperatūrai apatiniuose vandens sluoksniuose artėjant prie 100 laipsnių Celsijaus, slėgis tarp burbuliukų prilygsta vandens slėgiui juose, dėl to burbuliukai palaipsniui plečiasi. Padidėjęs burbuliukų tūris taip pat padidina jiems plūduriuojančios jėgos poveikį, kuriam veikiant didžiausi burbuliukai atitrūksta nuo konteinerio sienelių ir greitai kyla aukštyn. Tuo atveju, jei viršutinis sluoksnis vanduo dar nepasiekė 100 laipsnių, tada burbulas, patenka į daugiau saltas vanduo, netenka dalies vandens garų, kurie kondensuojasi ir patenka į vandenį. Tokiu atveju burbuliukai vėl mažėja ir, veikiami gravitacijos, nusileidžia. Prie dugno jie vėl įgauna tūrį ir kyla aukštyn, o būtent šie burbuliukų dydžio pokyčiai sukuria būdingą verdančio vandens triukšmą.
Kol visas vandens tūris pasiekia 100 laipsnių, kylantys burbuliukai nebemažėja, o sprogsta pačiame vandens paviršiuje. Tokiu atveju garai išleidžiami į išorę, kartu su būdingu gurguliavimu – tai reiškia vanduo verda... Temperatūra, kurioje skystis užvirs, priklauso nuo slėgio, kurį patiria jo laisvas paviršius. Kuo didesnis šis slėgis, tuo aukštesnės temperatūros reikia, ir atvirkščiai.
Tai, kad vanduo verda, kai 100 laipsnių Celsijaus Yra gerai žinomas faktas. Tačiau verta manyti, kad tokia temperatūra galioja tik esant normaliam atmosferos slėgiui (apie 101 kilopaskaliui). Didėjant slėgiui, didėja ir temperatūra, kurioje skystis užvirs. Pavyzdžiui, greitpuodiuose maistas ruošiamas esant slėgiui, artėjančiam prie 200 kilopaskalių, kai vandens virimo temperatūra yra 120 laipsnių. Tokios temperatūros vandenyje virimas vyksta daug greičiau nei esant normaliai virimo temperatūrai – taigi ir keptuvės pavadinimas.
Atitinkamai, sumažinus slėgį, sumažėja ir vandens virimo temperatūra. Pavyzdžiui, kalnuotų regionų gyventojai, gyvenantys 3 kilometrų aukštyje, užverda vandenį greičiau nei lygumų gyventojai - visi vandens virimo etapai vyksta greičiau, nes tam reikia tik 90 laipsnių, esant 70 kilopaskalių slėgiui. Bet gaminti, pavyzdžiui, kiaušinis kalnų gyventojai negali, nes minimali temperatūra, kuriai esant sumažinamas baltymas, yra lygiai 100 laipsnių Celsijaus.
Virimas – tai medžiagos agregacijos būsenos keitimo procesas. Kai kalbame apie vandenį, turime omenyje pasikeitimą iš skystos būsenos į garų būseną. Svarbu pažymėti, kad virimas nėra išgarinimas, kuris gali įvykti net tada, kai kambario temperatūra... Be to, nereikia painioti su virimu, kuris yra vandens kaitinimo iki tam tikros temperatūros procesas. Dabar, kai išsiaiškinome sąvokas, galime nustatyti, kokioje temperatūroje vanduo verda.
Procesas
Pats agregacijos būsenos pavertimo iš skystos į dujinę procesas yra sudėtingas. Ir nors žmonės to nemato, yra 4 etapai:
- Pirmajame etape šildomo indo apačioje susidaro nedideli burbuliukai. Jie taip pat gali būti matomi šonuose arba vandens paviršiuje. Jie susidaro plečiantis oro burbuliukams, kurių visada yra talpos plyšiuose, kur šildomas vanduo.
- Antrame etape burbuliukų tūris didėja. Visi jie pradeda plyšti į paviršių, nes juose yra sočiųjų garų, kurie yra lengvesni už vandenį. Didėjant kaitinimo temperatūrai, didėja burbuliukų slėgis, jie dėl žinomos Archimedo jėgos išstumiami į paviršių. Tuo pačiu metu galite išgirsti būdingą virimo garsą, kuris susidaro dėl nuolatinio burbuliukų plėtimosi ir mažėjimo.
- Trečiajame etape galima pamatyti paviršių didelis skaičius burbuliukai. Tai iš pradžių sukuria drumstą vandenį. Šis procesas liaudyje vadinamas „virimu baltu klavišu“ ir trunka neilgai.
- Ketvirtajame etape vanduo intensyviai verda, paviršiuje atsiranda didelių sprogstančių burbuliukų, gali atsirasti purslų. Dažniausiai aptaškymas reiškia, kad skystis įkaista iki maksimali temperatūra... Iš vandens pradės veržtis garai.
Yra žinoma, kad vanduo užverda 100 laipsnių temperatūroje, o tai įmanoma tik ketvirtame etape.
Garų temperatūra
Garai yra viena iš vandens būsenų. Patekęs į orą jis, kaip ir kitos dujos, daro tam tikrą slėgį. Garinimo metu garų ir vandens temperatūra išlieka pastovi, kol visas skystis pasikeičia agregacijos būsena... Šį reiškinį galima paaiškinti tuo, kad verdant visa energija sunaudojama vandens pavertimui garais.
Pačioje virimo pradžioje susidaro drėgni sotieji garai, kurie, išgaravus visam skysčiui, tampa sausi. Jei jo temperatūra pradeda viršyti vandens temperatūrą, tada tokie garai yra perkaitinami ir pagal savo charakteristikas bus arčiau dujų.
Verdantis sūrus vanduo
Pakankamai įdomu sužinoti, kokioje temperatūroje verda vanduo su dideliu druskos kiekiu. Žinoma, kad jis turėtų būti didesnis dėl Na + ir Cl- jonų kiekio kompozicijoje, kurie užima sritį tarp vandens molekulių. Taip vandens su druska cheminė sudėtis skiriasi nuo paprasto šviežio skysčio.
Faktas yra tas, kad sūriame vandenyje vyksta hidratacijos reakcija - vandens molekulių prijungimo prie druskos jonų procesas. Ryšys tarp molekulių gėlo vandens silpnesnės nei susidariusios hidratacijos metu, todėl skysčio su ištirpusia druska virimas užtruks ilgiau. Kylant temperatūrai druskos turinčiame vandenyje molekulės juda greičiau, tačiau jų yra mažiau, todėl susidūrimai tarp jų retesni. Dėl to susidaro mažiau garų, todėl jų slėgis yra mažesnis nei gėlo vandens garų slėgis. Vadinasi, norint sukurti visą garą, reikia daugiau energijos (temperatūros). Vidutiniškai norint užvirti vieną litrą vandens, kuriame yra 60 gramų druskos, vandens virimo laipsnį reikia pakelti 10% (tai yra 10 C).
Virimo slėgis prieš slėgį
Yra žinoma, kad kalnuose, nepaisant cheminė sudėtis vandens virimo temperatūra bus žemesnė. Taip yra dėl to, kad Atmosferos slėgisžemiau esančiame aukštyje. Slėgis, kurio vertė yra 101,325 kPa, laikomas normaliu. Su juo vandens virimo temperatūra yra 100 laipsnių Celsijaus. Bet jei kylate į kalną, kur slėgis yra vidutiniškai 40 kPa, tada vanduo ten užvirs 75,88 C. Bet tai nereiškia, kad gaminant kalnuose teks praleisti beveik pusę laiko. Terminiam gaminių apdorojimui reikalinga tam tikra temperatūra.
Manoma, kad 500 metrų aukštyje virš jūros lygio vanduo užvirs 98,3 C, o 3000 metrų aukštyje – 90 C.
Atkreipkite dėmesį, kad šis įstatymas galioja ir atvirkštinė kryptis... Jei į uždarą kolbą įdėsite skystį, pro kurį negali praeiti garai, tada, kylant temperatūrai ir formuojantis garams, slėgis šioje kolboje padidės, o virimas aukštas kraujo spaudimas atsiras aukštesnėje temperatūroje. Pavyzdžiui, esant 490,3 kPa slėgiui, vandens virimo temperatūra bus 151 C.
Verdantis distiliuotas vanduo
Distiliuotas vanduo yra išgrynintas vanduo be jokių priemaišų. Jis dažnai naudojamas medicininiais ar techniniais tikslais. Atsižvelgiant į tai, kad tokiame vandenyje nėra priemaišų, jis nenaudojamas maisto ruošimui. Įdomu pastebėti, kad distiliuotas vanduo užverda greičiau nei paprastas gėlas, tačiau virimo temperatūra išlieka ta pati – 100 laipsnių. Tačiau virimo laiko skirtumas bus minimalus – tik sekundės dalis.
Arbatinuke
Dažnai žmonės domisi, kokia temperatūra virdulyje užverda vanduo, nes būtent šiais prietaisais jie verda skysčius. Atsižvelgiant į tai, kad atmosferos slėgis bute yra lygus standartiniam, o naudojamame vandenyje nėra druskų ir kitų priemaišų, kurių neturėtų būti, tada virimo temperatūra taip pat bus standartinė - 100 laipsnių. Bet jei vandenyje yra druskos, tada virimo temperatūra, kaip jau žinome, bus aukštesnė.
Išvada
Dabar žinote, kokioje temperatūroje vanduo verda ir kaip atmosferos slėgis bei skysčio sudėtis veikia šį procesą. Čia nėra nieko sunkaus, o tokią informaciją vaikai gauna mokykloje. Svarbiausia atsiminti, kad mažėjant slėgiui skysčio virimo temperatūra taip pat mažėja, o didėjant – didėja.
Internete galite rasti daugybę skirtingos lentelės, kur nurodyta skysčio virimo temperatūros priklausomybė nuo atmosferos slėgio. Jie yra prieinami visiems, jais aktyviai naudojasi moksleiviai, studentai ir net institutų mokytojai.
Virimas- Tai intensyvus skysčio perėjimas į garus, atsirandantis, kai tam tikroje temperatūroje susidaro garų burbuliukai visame skysčio tūryje.
Verdant virš jo esančio skysčio ir garų temperatūra nekinta. Jis lieka nepakitęs, kol visas skystis nuvirs. Taip yra todėl, kad visa skysčiui tiekiama energija išleidžiama jį paverčiant garais.
Temperatūra, kurioje skystis užverda, vadinama virimo taškas.
Virimo temperatūra priklauso nuo slėgio, veikiančio laisvą skysčio paviršių. Taip yra dėl slėgio priklausomybės sočiųjų garų nuo temperatūros. Garų burbulas auga tol, kol jame esančių sočiųjų garų slėgis šiek tiek viršija slėgį skystyje, kurį sudaro išorinis slėgis ir skysčio kolonėlės hidrostatinį slėgį.
Kuo didesnis išorinis spaudimas, tuo daugiau virimo temperatūra.
Visi žino, kad vanduo užverda 100 ºC temperatūroje. Tačiau neturėtume pamiršti, kad tai tiesa tik esant normaliam atmosferos slėgiui (apie 101 kPa). Didėjant slėgiui, didėja vandens virimo temperatūra. Pavyzdžiui, greitpuodžiuose maistas kepamas maždaug 200 kPa slėgyje. Tuo pačiu metu vandens virimo temperatūra pasiekia 120 ° С. Tokios temperatūros vandenyje virimo procesas vyksta daug greičiau nei įprastame verdančiame vandenyje. Tai paaiškina pavadinimą „slėginė viryklė“.
Ir atvirkščiai, mažindami išorinį slėgį, taip sumažiname virimo temperatūrą. Pavyzdžiui, kalnuotose vietovėse (3 km aukštyje, kur slėgis yra 70 kPa) vanduo užverda 90 ° C temperatūroje. Todėl šių vietovių gyventojai, naudojantys tokį verdantį vandenį, maistui ruošti reikalauja žymiai daugiau laiko nei lygumų gyventojai. Ir, pavyzdžiui, vištienos kiaušinio virti šiame verdančiame vandenyje paprastai neįmanoma, nes žemesnėje nei 100 ° C temperatūroje baltymai nesustingsta.
Kiekvienas skystis turi savo virimo temperatūrą, kuri priklauso nuo sočiųjų garų slėgio. Kuo didesnis sočiųjų garų slėgis, tuo žemesnė atitinkamo skysčio virimo temperatūra, nes žemesnėje temperatūroje sočiųjų garų slėgis tampa lygus atmosferiniam. Pavyzdžiui, esant 100 ° C virimo temperatūrai, slėgis sočiųjų garų vandens slėgis yra 101 325 Pa (760 mm Hg), o garų – tik 117 Pa (0,88 mm Hg). Gyvsidabris verda 357 ° C temperatūroje esant normaliam slėgiui.
Garavimo šiluma.
Garavimo šiluma (garavimo šiluma)- šilumos kiekis, kuris turi būti perduotas medžiagai (esant pastoviam slėgiui ir pastoviai temperatūrai), kad skysta medžiaga visiškai virstų garais.
Šilumos kiekis, reikalingas garavimui (arba išsiskiriantis kondensacijos metu). Šilumos kiekiui apskaičiuoti K reikalingas virimo taške paimtam bet kokios masės skysčiui paversti garais, jums reikia specifinė šiluma garinimas r proto peilį į žemę m:
Kondensuojantis garams išsiskiria tiek pat šilumos.
Visi žino, kad vandens virimo temperatūra esant normaliam atmosferos slėgiui (apie 760 mm Hg) yra 100 ° C. Tačiau ne visi žino, kad vanduo gali užvirti skirtingos temperatūros... Virimo temperatūra priklauso nuo daugelio veiksnių. Esant tam tikroms sąlygoms, vanduo gali virti + 70 ° С ir +130 ° С ir net 300 ° С! Panagrinėkime priežastis išsamiau.
Kas lemia vandens virimo temperatūrą?
Verdantis vanduo talpykloje vyksta pagal tam tikrą mechanizmą. Kaitinant skystį, ant indo, į kurį jis pilamas, sienelių atsiranda oro burbuliukų. Kiekvieno burbulo viduje yra garų. Garų temperatūra burbuluose iš pradžių yra daug aukštesnė nei šildomo vandens. Tačiau jo slėgis šiuo laikotarpiu yra didesnis nei burbuliukų viduje. Kol vanduo sušyla, burbuluose esantys garai suspaudžiami. Tada, veikiami išorinio slėgio, burbuliukai sprogo. Procesas tęsiasi tol, kol skysčio ir garų temperatūra burbuliukuose tampa vienoda. Būtent dabar rutuliukai su garais gali iškilti į paviršių. Vanduo pradeda virti. Be to, kaitinimo procesas nutraukiamas, nes šilumos perteklius garais pašalinamas į atmosferą. Tai yra termodinaminė pusiausvyra. Prisiminkime fiziką: vandens slėgis susideda iš paties skysčio svorio ir oro slėgio virš indo su vandeniu. Taigi, pakeitus vieną iš dviejų parametrų (skysčio slėgį inde ir atmosferos slėgį), galima keisti virimo temperatūrą.
Kokia vandens virimo temperatūra kalnuose?
Kalnuose skysčio virimo temperatūra palaipsniui krenta. Taip yra dėl to, kad kopiant į kalną atmosferos slėgis palaipsniui mažėja. Kad vanduo užvirtų, slėgis burbuliukuose, kurie atsiranda kaitinant vandenį, turi būti lygus atmosferos slėgiui. Todėl, didėjant aukščiui kalnuose kas 300 m, vandens virimo temperatūra sumažėja maždaug vienu laipsniu. Toks verdantis vanduo nėra toks karštas kaip verdantis skystis lygioje vietoje. Sunku, o kartais ir neįmanoma virti arbatą dideliame aukštyje. Verdančio vandens priklausomybė nuo slėgio atrodo taip:
Aukštis virš jūros lygio | ||||||||
Virimo taškas |
O kitomis sąlygomis?
Kokia yra vandens virimo temperatūra vakuume? Vakuumas yra reta terpė, kurioje slėgis yra daug mažesnis už atmosferos slėgį. Vandens virimo temperatūra išretintoje terpėje taip pat priklauso nuo liekamojo slėgio. Esant 0,001 atm slėgiui vakuume. skystis užvirs 6,7 °C temperatūroje. Paprastai liekamasis slėgis yra apie 0,004 atm., Todėl esant tokiam slėgiui vanduo užverda 30 ° C temperatūroje. Didėjant slėgiui retesnėje terpėje, skysčio virimo temperatūra pakils.
Kodėl vanduo sandariame inde užverda aukštesnėje temperatūroje?
Hermetiškai uždarytoje talpykloje skysčio virimo temperatūra yra susijusi su slėgiu talpykloje. Kaitinimo metu išsiskiria garai, kurie kondensato būdu nusėda ant indo dangčio ir sienelių. Taigi slėgis indo viduje didėja. Pavyzdžiui, greitpuodyje slėgis siekia 1,04 atm., Taigi skystis jame užverda 120 ° C temperatūroje. Paprastai tokiuose konteineriuose slėgis gali būti reguliuojamas naudojant įmontuotus vožtuvus, taigi ir temperatūrą.
Vandens virimo procesas yra gana įdomus ir kartu labai sudėtingas procesas. Virimas yra procesas, kurio metu medžiaga (šiuo atveju vanduo) virsta iš skystos į dujinę būseną. Kad vanduo užvirtų, reikia tinkamos temperatūros, kitaip procesas neprasidės. Įprastomis sąlygomis vandens virimo temperatūra yra 100 laipsnių Celsijaus. Šioje temperatūroje vanduo pradės virsti dujomis.
Kaip verda vanduo
Kai tik vanduo pasieks 100 laipsnių, skystis pradės virsti garais. Kad būtų lengviau įsivaizduoti visą virsmo procesą, į nedidelę metalinę keptuvę įpilkite vandens ir padėkite ant ugnies. Štai kas nutiks:
- vanduo puode pradės kaisti;
- kai vandens temperatūra pasieks 100 laipsnių, pačioje keptuvės apačioje pradės formuotis burbuliukai su garais;
- pasiekę paviršių šie burbuliukai sprogo, išleisdami garus į laisvę;
- vandens kiekis puode palaipsniui mažės.
Taigi po tam tikro laiko vanduo keptuvėje visiškai išnyks, virsdamas garais. Beje, nepainiokite virimo ir garinimo, šie procesai skiriasi vienas nuo kito. Išgaruoti gali bet kurioje temperatūroje, o verdant tik tam tikroje temperatūroje. Taip pat virimo procesas vyksta visame skystyje, o garuojant vanduo virsta garais, pradedant nuo vandens paviršiaus. Garuodamas skystis palaipsniui atvės.
Kokios dar sąlygos turi įtakos virimo procesui
Tiesą sakant, užvirimas gali atsirasti ir esant žemesnei arba aukšta temperatūra nei 100 laipsnių. Be temperatūros, ne mažiau svarbus slėgis. Taigi, pavyzdžiui, jei pradėsime kopti į kalnus, sumažės slėgis, todėl sumažės virimo temperatūra. Jei nusileisime į gilų šachtą, slėgis padidės, taigi, pakils ir virimo temperatūra. Be slėgio, taip pat svarbu, kad vanduo būtų nuolat kaitinamas, kitaip temperatūra nukris ir procesas sustos.