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 skirtinga temperatūra. Virimo temperatūra priklauso nuo daugelio veiksnių. Suveikus tam tikroms sąlygoms vanduo gali užvirti +70 °C, ir +130 °C, ir net 300 °C! Panagrinėkime priežastis išsamiau.
Nuo ko priklauso vandens virimo temperatūra?
Verdantis vanduo talpykloje vyksta pagal tam tikrą mechanizmą. Kaitinant skystį, ant indo, į kurį jis pilamas, sienelių atsiranda oro burbuliukų. Kiekvieno burbulo viduje yra garai. 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 susispaudžia. Tada, veikiami išorinio slėgio, burbuliukai sprogo. Procesas tęsiasi tol, kol skysčio ir garų temperatūra burbuliukuose susilygina. Būtent dabar rutuliukai su garais gali iškilti į paviršių. Vanduo pradeda virti. Be to, šildymo procesas sustoja, nes šilumos perteklius garais pašalinamas į išorę į atmosferą. Tai yra termodinaminė pusiausvyra. Prisiminkite 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 Atmosferos slėgis kopiant į kalną pamažu mažėja. Kad vanduo užvirtų, vandens kaitinimo metu atsirandančių burbuliukų slėgis 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 lygumoje šalyje. Dideliame aukštyje sunku, o kartais ir neįmanoma išsivirti arbatos. 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 vakuuminiam slėgiui. 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 išretėjusioje terpėje, padidės skysčio virimo temperatūra.
Kodėl sandariame inde vanduo verda aukštesnėje temperatūroje?
hermetiškai uždaras indas Skysčio virimo temperatūra yra susijusi su slėgiu talpykloje. Kaitinant išsiskiria garai, kurie kondensato pavidalu nusėda ant indo dangčio ir sienelių. Taigi slėgis indo viduje didėja. Pavyzdžiui, greitpuodyje slėgis siekia 1,04 atm., Todėl skystis jame užverda 120 ° C temperatūroje. Paprastai tokiuose konteineriuose slėgis gali būti reguliuojamas naudojant įmontuotus vožtuvus, taigi ir temperatūrą.
Virimas yra agreguotos medžiagos būsenos keitimo procesas. Kai kalbame apie vandenį, turime omenyje skysčio pasikeitimą garais. Svarbu pažymėti, kad virimas nėra išgarinimas, kuris gali vykti net ir val kambario temperatūra. Taip pat nepainiokite su virimu, kuris yra vandens pašildymo iki tam tikros temperatūros procesas. Dabar, kai supratome 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 dėl išsiplėtusių oro burbuliukų, kurių visada yra rezervuaro plyšiuose, kur vanduo pašildomas.
- Antrame etape burbuliukų tūris didėja. Visi jie pradeda veržtis į paviršių, nes jų viduje yra sočiųjų garų, lengvesnių už vandenį. Didėjant kaitinimo temperatūrai, didėja burbuliukų slėgis, jie dėl gerai žinomos Archimedo jėgos išstumiami į paviršių. Tokiu atveju galite išgirsti būdingą virimo garsą, kuris susidaro dėl nuolatinio burbuliukų plėtimosi ir mažėjimo.
- Trečiajame etape paviršiuje galima pamatyti didelis skaičius burbuliukai. Tai iš pradžių sukuria drumstumą vandenyje. 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, tada, kaip ir kitos dujos, daro tam tikrą slėgį. Garinimo metu garų ir vandens temperatūra išlieka pastovi, kol visas skystis pakeičia temperatūrą. agregacijos būsena. Šį reiškinį galima paaiškinti tuo, kad virimo metu visa energija išleidžiama vandens pavertimui garais.
Pačioje virimo pradžioje susidaro drėgni sotieji garai, kurie, išgaravus visam skysčiui, tampa sausi. Jei jo temperatūra pradeda viršyti vandens temperatūrą, tada toks garas yra perkaitintas ir pagal savo charakteristikas bus artimesnis dujoms.
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 plotą tarp vandens molekulių. Ši vandens su druska cheminė sudėtis skiriasi nuo įprasto 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 susidarančios hidratacijos metu, todėl skysčio su ištirpusia druska virimas užtruks ilgiau. Kylant temperatūrai, druskos turinčios vandenyje molekulės juda greičiau, tačiau jų yra mažiau, todėl susidūrimai tarp jų vyksta rečiau. Dėl to susidaro mažiau garų, todėl jo slėgis yra mažesnis nei gėlo vandens garų slėgio. Todėl pilnam garinimui reikia daugiau energijos (temperatūros). Vidutiniškai norint užvirti vieną litrą vandens, kuriame yra 60 gramų druskos, vandens virimo temperatūrą reikia pakelti 10% (tai yra 10 C).
Virimo slėgio priklausomybės
Yra žinoma, kad kalnuose, nepaisant cheminė sudėtis vandens virimo temperatūra bus žemesnė. Taip yra dėl to, kad aukštyje atmosferos slėgis yra mažesnis. Normalus slėgis laikomas 101,325 kPa. Su juo vandens virimo temperatūra yra 100 laipsnių Celsijaus. Bet jei lipate į kalną, kuriame slėgis vidutiniškai siekia 40 kPa, tada vanduo ten užvirs 75,88 C. Bet tai nereiškia, kad gaminimas kalnuose užtruks beveik pusę laiko. Termiškai apdoroti gaminius reikia tam tikros temperatūros.
Manoma, kad 500 metrų aukštyje virš jūros lygio vanduo užvirs 98,3 C, o 3000 metrų aukštyje – 90 C.
Atkreipkite dėmesį, kad šis įstatymas taip pat taikomas atvirkštinė kryptis. Jei skystis dedamas į uždarą kolbą, pro kurią negali praeiti garai, tada, kylant temperatūrai ir formuojantis garams, slėgis šioje kolboje padidės, o verdant 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, kokios temperatūros vanduo verda virdulyje, 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 sudėtingo, o tokią informaciją vaikai gauna mokykloje. Svarbiausia atsiminti, kad mažėjant slėgiui skysčio virimo temperatūra taip pat mažėja, o didėjant - taip pat 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.
Paruošti įvairius skanūs patiekalai, dažnai reikia vandens, o pakaitinus jis anksčiau ar vėliau užvirs. Tuo pačiu kiekvienas išsilavinęs žmogus žino, kad vanduo pradeda virti šimtui laipsnių Celsijaus temperatūroje, o toliau kaitinant jo temperatūra nekinta. Būtent ši vandens savybė naudojama gaminant maistą. Tačiau ne visi žino, kad taip būna ne visada. Vanduo gali užvirti iki skirtinga temperatūra priklausomai nuo sąlygų, kuriomis jis yra. Pabandykime išsiaiškinti, nuo ko priklauso vandens virimo temperatūra ir kaip ją naudoti.
Kaitinant, vandens temperatūra artėja prie virimo taško, o visame tūryje susidaro daugybė burbuliukų, kurių viduje yra vandens garų. Garų tankis yra mažesnis už vandens tankį, todėl Archimedo jėga, veikianti burbulus, pakelia juos į paviršių. Tuo pačiu metu burbuliukų tūris arba didėja, arba mažėja, todėl verdantis vanduo skleidžia būdingus garsus. Pasiekę paviršių burbuliukai su vandens garais sprogsta, dėl šios priežasties verdantis vanduo intensyviai šniokščia, išskirdamas vandens garus.
Virimo temperatūra aiškiai priklauso nuo slėgio, veikiančio vandens paviršių, o tai paaiškinama sočiųjų garų slėgio burbuliukuose priklausomybe nuo temperatūros. Tokiu atveju garų kiekis burbuliukų viduje ir kartu jų tūris didėja tol, kol prisotinimo garų slėgis viršija vandens slėgį. Šis slėgis yra vandens hidrostatinio slėgio, atsirandančio dėl gravitacinio traukos į Žemę, ir išorinio atmosferos slėgio suma. Todėl vandens virimo temperatūra didėja didėjant atmosferos slėgiui ir mažėja jam mažėjant. Tik esant normaliam atmosferos slėgiui 760 mm Hg. (1 atm.) vanduo užverda 100 0 C temperatūroje. Žemiau pateiktas vandens virimo temperatūros priklausomybės nuo atmosferos slėgio grafikas:
Grafike parodyta, kad jei padidinsite atmosferos slėgį iki 1,45 atm, tai vanduo užvirs jau 110 0 C. Esant 2,0 atm oro slėgiui. vanduo užvirs 120 0 C ir pan. Padidinus vandens virimo temperatūrą, galima pagreitinti ir pagerinti karšto maisto gaminimo procesą. Tam jie išrado greitpuodžius – keptuves su specialiu hermetiškai uždarytu dangčiu, įtaisytus specialiais vožtuvais virimo temperatūrai reguliuoti. Dėl sandarumo slėgis juose pakyla iki 2-3 atm., dėl kurio vandens virimo temperatūra yra 120-130 0 C. Tačiau reikia atsiminti, kad greitpuodžių naudojimas yra kupinas pavojaus: garai išėjęs iš jų turi didelis spaudimas Ir aukštos temperatūros. Todėl turite būti kiek įmanoma atsargesni, kad nesudegtumėte.
Sumažėjus atmosferos slėgiui, pastebimas priešingas poveikis. Šiuo atveju virimo temperatūra taip pat mažėja, o tai atsitinka didėjant aukščiui virš jūros lygio:
Vidutiniškai kopiant 300 m vandens virimo temperatūra sumažėja 1 0 C, o gana aukštai kalnuose nukrenta iki 80 0 C, todėl gali kilti tam tikrų maisto gaminimo sunkumų.
Jei vis dėlto slėgis dar sumažinamas, pavyzdžiui, išpumpuojant orą iš indo su vandeniu, tai esant 0,03 atm oro slėgiui. vanduo užvirs jau kambario temperatūroje, ir tai gana neįprasta, nes įprasta vandens virimo temperatūra yra 100 0 C.
Virimas- Tai intensyvus skysčio perėjimas į garus, vykstantis garų burbuliukų susidarymui visame skysčio tūryje tam tikroje temperatūroje.
Verdant virš jo esančio skysčio ir garų temperatūra nekinta. Jis išlieka nepakitęs, kol visas skystis užvirs. 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 sočiųjų garų slėgio priklausomybės nuo temperatūros. Garų burbulas auga tol, kol jame esančių sočiųjų garų slėgis šiek tiek viršija slėgį skystyje, kuris yra išorinio slėgio ir skysčio kolonėlės hidrostatinio slėgio suma.
Daugiau išorinis slėgis, 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. Taigi, pavyzdžiui, greitpuodžiuose maistas ruošiamas maždaug 200 kPa slėgyje. Vandens virimo temperatūra siekia 120°C. Tokios temperatūros vandenyje virimo procesas vyksta daug greičiau nei įprastame verdančiame vandenyje. Tai paaiškina pavadinimą „slėginė viryklė“.
Ir atvirkščiai, sumažindami išorinį slėgį, sumažiname virimo temperatūrą. Pavyzdžiui, kalnuotuose regionuose (3 km aukštyje, kur slėgis yra 70 kPa) vanduo užverda 90 ° C temperatūroje. Todėl šių vietovių gyventojai, naudodami tokį verdantį vandenį, gaminimui reikalauja daug daugiau laiko nei lygumų gyventojai. Ir, pavyzdžiui, šiame verdančiame vandenyje virti vištienos kiaušinio paprastai neįmanoma, nes žemesnėje nei 100 ° C temperatūroje baltymai nekrešėja.
Kiekvienas skystis turi savo virimo temperatūrą, kuri priklauso nuo prisotinimo garų slėgio. Kuo didesnis sočiųjų garų slėgis, tuo žemesnė atitinkamo skysčio virimo temperatūra, nes žemesnėje temperatūroje sočiųjų garų slėgis tampa lygus atmosferos slėgiui. 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 esant normaliam slėgiui.
Garavimo šiluma.
Garavimo šiluma (garavimo šiluma)- šilumos kiekis, kurį reikia pranešti 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 bet kokios masės skysčio, paimto virimo taške, virimui į garus specifinė šiluma garinimas r protas-peilis į masę m:
Kondensuojantis garams išsiskiria tiek pat šilumos.
Jei jūsų paklaus, kokioje temperatūroje verda vanduo, greičiausiai atsakysite, kad 100 °C temperatūroje. Ir jūsų atsakymas bus teisingas, tačiau ši reikšmė teisinga tik esant normaliam atmosferos slėgiui – 760 mm Hg. Art. Iš tikrųjų vanduo gali užvirti ir 80°C, ir 130°C temperatūroje. Norint paaiškinti tokių neatitikimų priežastį, pirmiausia reikia išsiaiškinti, kas yra virimas.
Norint išsiaiškinti, kiek laipsnių reikia, kad vanduo užvirtų, padės ištirti šio mechanizmo mechanizmą. fizinis reiškinys. Virimas yra skysčio pavertimo garais procesas ir vyksta keliais etapais:
- Kaitinamas skystis, iš indo sienelių mikroplyšių išeina burbuliukai su oru ir vandens garais.
- Burbulai šiek tiek plečiasi, bet skystis inde yra toks šaltas, kad burbuluose esantys garai kondensuojasi.
- Burbulai pradeda sprogti, kol visas skysčio storis tampa pakankamai karštas.
- Po kurio laiko vandens ir garų slėgis burbuliukuose susilygina. Šiame etape atskiri burbuliukai gali pakilti į paviršių ir išleisti garą.
- Burbulai pradeda intensyviai kilti, prasideda šnypštimas su būdingu garsu. Nuo šio etapo temperatūra inde nesikeičia.
- Virimo procesas tęsis tol, kol visas skystis pateks į dujinę būseną.
Garų temperatūra
Vandeniui verdant garų temperatūra yra tokia pati kaip ir paties vandens. Ši vertė nepasikeis, kol neišgaruos visas inde esantis skystis. Virimo metu susidaro drėgni garai. Jis prisotintas skystų dalelių, tolygiai paskirstytų visame dujų tūryje. Be to, labai išsklaidytos skysčio dalelės kondensuojasi, o sotieji garai virsta sausais.
Taip pat yra perkaitintų garų, kurie yra daug karštesni nei verdantis vanduo. Bet tai galima gauti tik naudojant specialią įrangą.
Slėgio įtaka
Jau išsiaiškinome, kad skysčiui užvirti reikia išlyginti skystos medžiagos ir garų slėgį. Kadangi vandens slėgis yra atmosferos slėgio ir paties skysčio slėgio suma, virimo laiką galima pakeisti dviem būdais:
- atmosferos slėgio pokytis;
- slėgio pasikeitimas pačiame inde.
Pirmąjį atvejį galime pastebėti teritorijose, esančiose skirtingo aukščio virš jūros lygio. Pakrantėse virimo temperatūra bus 100 ° C, o Everesto viršūnėje - tik 68 ° C. Mokslininkai apskaičiavo, kad kopiant į kalnus vandens virimo temperatūra nukrenta 1 °C kas 300 metrų.
Šios vertės gali skirtis priklausomai nuo vandens cheminės sudėties ir priemaišų (druskų, metalo jonų, tirpių dujų).
Virduliai dažniausiai naudojami verdančiam vandeniui gauti. Vandens virimo temperatūra virdulyje taip pat priklauso nuo jūsų gyvenamosios vietos. Gyventojai aukštumos rekomenduojama naudoti autoklavus ir greitpuodžius, kurie padeda pašildyti verdantį vandenį ir pagreitina gaminimo procesą.
Verdantis sūrus vanduo
Temperatūra, kurioje vanduo verda, lemia, ar jame yra priemaišų. Dalis jūros vandens yra natrio ir chlorido jonų. Jie yra tarp H2O molekulių ir jas traukia. Šis procesas žinomas kaip hidratacija.
Ryšys tarp vandens ir druskos jonų yra daug stipresnis nei tarp vandens molekulių. Sūdytam vandeniui užvirti reikia daugiau energijos, kad šie ryšiai nutrūktų. Ši energija yra temperatūra.
Be to, sūrus skystis nuo gėlo vandens skiriasi maža H2O molekulių koncentracija. Tokiu atveju kaitinant jie pradeda judėti greičiau, tačiau negali sudaryti pakankamai didelio garų burbulo, nes susiduria rečiau. Mažų burbuliukų slėgio nepakanka, kad jie iškeltų į paviršių.
Norėdami suvienodinti vandens ir atmosferos slėgį, turite padidinti temperatūrą. Todėl sūrus vanduo užverda daug ilgiau nei gėlas, o virimo temperatūra priklausys nuo druskos koncentracijos. Yra žinoma, kad į 1 litrą skysčio įpylus 60 g NaCl, virimo temperatūra padidėja 10 °C.
Kaip pakeisti virimo temperatūrą
Kalnuose labai sunku gaminti maistą, tai užima per daug laiko. Priežastis yra nepakankamai karšto verdančio vandens. Dėl labai dideli aukščiai beveik neįmanoma išvirti kiaušinio, jau nekalbant apie mėsą, kurią reikia gerai termiškai apdoroti.
Keisti skysčio virimo temperatūrą svarbu ne tik kalnuotų vietovių gyventojams.
Gaminių ir įrangos sterilizavimui pageidautina naudoti aukštesnę nei 100 °C temperatūrą, nes kai kurie mikroorganizmai yra atsparūs karščiui.
Tai svarbi informacija ne tik namų šeimininkėms, bet ir profesionalams, dirbantiems laboratorijose. Be to, padidinus virimo temperatūrą, galima žymiai sutaupyti laiko, praleisto gaminant maistą, o tai svarbu mūsų laikais.
Norėdami padidinti šį skaičių, turite naudoti sandariai uždarytą indą. Tam geriausiai tinka greitpuodžiai, kurių dangtis nepraleidžia garų, padidindamas slėgį indo viduje. Kaitinant išsiskiria garai, bet kadangi jie negali išeiti, jie kondensuojasi dangčio vidinėje pusėje. Tai lemia reikšmingą padidėjimą vidinis slėgis. Autoklavuose slėgis yra 1–2 atmosferos, todėl skystis juose užverda 120–130 °C temperatūroje.
Maksimali vandens virimo temperatūra vis dar nežinoma, nes šis skaičius gali didėti tol, kol didėja atmosferos slėgis. Žinoma, kad vanduo negali užvirti garo turbinose net 400 °C temperatūroje ir kelių dešimčių atmosferų slėgyje. Tie patys duomenys buvo gauti iš dideli gyliai vandenynas.
Verdantis vanduo esant sumažintam slėgiui: vaizdo įrašas