Кипение соленой воды
Связь между водой и ионами соли намного сильнее, чем между молекулами воды. Для закипания соленой воды требуется больше энергии, чтобы можно было разорвать эти связи. Этой энергией является температура.
Также соленая жидкость отличается от пресной низкой концентрацией молекул H2O. В этом случае при нагревании они начинают быстрее двигаться, но не могут образовать достаточно большой пузырь пара, так как реже сталкиваются. Давления маленьких пузырьков недостаточно для их выхода на поверхность.
Для уравнивания водного и атмосферного давления нужно увеличить температуру. Поэтому соленой воде для закипания требуется намного больше времени, чем пресной, а температура кипения будет зависеть от концентрации соли. Известно, что при добавлении 60 г NaCl в 1 л жидкости температура закипания возрастает на 10 °C.
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.
Условие кипения
Рассмотрим пузырек насыщенного пара, который находится около поверхности жидкости. Давление пара внутри него ($p_n$) можно определить как:
$p_n=p_v+\frac{2\sigma}{r}(1),$
где $p_v$ — внешнее давление на жидкость; $r$ — радиус пузырька; $\sigma$ — коэффициент поверхностного натяжения; $\frac{2\sigma}{r}$ — давление под искривленной поверхностью.
При размерах пузырька в несколько миллиметров и более, давлением под искривленной поверхностью в выражении (1) часто пренебрегают.
Например, при температуре воды в $100^0 C$ коэффициент поверхностного натяжения равен $\sigma=58,8\bullet 10^{-3}$ Н/м. Предположим, что радиус пузырька равен одному миллиметру ($r=1$ мм), тогда давление под искривленной поверхностью составляет:
$\frac{2\sigma}{r}=118 Па$.
Мы помним, что нормальное давление атмосферы равно $10^5 Па$ и это в 1000 раз больше, чем давление, которое создает скривленная поверхность.
Это означает, что для относительно больших пузырей условие их всплытия и разрыва у поверхности жидкого вещества можно записать как:
$p_n>=p_v (2).$
Неравенство (2) — условие кипения жидкости.
Когда при увеличении температуры жидкости достигнута температура, при которой давление насыщенных паров равно внешнему давлению на поверхность жидкости, мы имеем равновесие жидкость – насыщенный пар. Если сообщается жидкости дополнительная теплота, то идет процесс немедленного перехода соответствующей массы жидкости в пар.
Процесс кипения жидкости становится возможным, если:
- в жидкости присутствуют пузырьки относительно больших размеров (для воды размер пузырьков должен составлять около миллиметра);
- давление насыщенного пара внутри пузырька станет равным внешнему давлению на жидкость.
Давление насыщенного пара зависит от температуры жидкости.
Условие кипения (2) указывает на то, что точка кипения связана с внешним давлением. При увеличении внешнего давления должна увеличиваться температура точки кипения.
Нюансы процесса
Кипение воды в чайнике и кастрюле немного различается между собой, но в обоих случаях оно происходит при 100 градусах. Рассмотрим особенности каждого процесса.
В чайнике
В электрическом чайнике процесс пойдёт быстрее, чем при кипячении в кастрюле, он займёт 3-4 минуты, точное время зависит от конкретной модели и ее мощности. Не потребуется даже выключать прибор – он сделает это автоматически.
Обычный чайник несильно отличается от металлической кастрюли похожей конфигурации и размера, поэтому время закипания у них приблизительно одинаково.
Свист, которым чайник оповещает, что вода кипит, связан с прохождением пара через крышку на его носике.
В кастрюле
При таком способе кипячения ждать потребуется дольше – около 10 мин. Лучше всего подойдет металлическая кастрюля, она нагреется быстрее, чем емкости из других материалов.
Не стоит наполнять ее до самого верха, потому что в таком случае при кипении брызги будут выплескиваться на плиту. Момент закипания сопровождается громким бурлением. Почти сразу после этого воду можно выключать.
Если накрыть кастрюлю крышкой, можно ускорить нагрев и закипание воды, потому что снизится количество тепла, уходящего в окружающую среду. Однако желательно оставить щель, через которую будет выходить пар.
Температуры кипения для простых веществ
В приведенной таблице элементов Д. И. Менделеева для каждого элемента указаны:
- атомный номер элемента;
- обозначение элемента;
- температура насыщения при нормальных условиях OC{\displaystyle ^{O}C};
- молярная скрытая теплота парообразования (кДж/моль);
- молярная масса.
| Группа → | I A | II A | III B | IV B | V B | VI B | VII B | VIII B | VIII B | VIII B | I B | II B | III A | IV A | V A | VI A | VII A | VIII A |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Период | ||||||||||||||||||
| 1 | 1H -2530,4491,008 | 2He -2680,08454,003 | ||||||||||||||||
| 2 | 3Li 1340145,96,941 | 4Be 2477292,49,012 | 5B 3927489,710,81 | 6C ~4850355,812,01 | 7N -1962,79314,01 | 😯 -1833,41016,00 | 9F -1883,27019,00 | 10Ne -2461,73320,18 | ||||||||||
| 3 | 11Na 88396,9622,99 | 12Mg 1090127,424,33 | 13Al 2467293,426,98 | 14Si 2355384,228,09 | 15P 27712,1330,97 | 16S 4459,632,07 | 17Cl -3410,235,45 | 18Ar -1866,44739,95 | ||||||||||
| 4 | 19K 75979,8739,10 | 20Ca 1484153,640,08 | 21Sc 2830314,244,96 | 22Ti 328742147,87 | 23V 340945250,94 | 24Cr 2672344,352,00 | 25Mn 196222654,94 | 26Fe 2750349,655,85 | 27Co 2927376,558,93 | 28Ni 2913370,458,69 | 29Cu 2567300,363,55 | 30Zn 907115,365,41 | 31Ga 2204258,769,71 | 32Ge 2820330,972,64 | 33As 61634,7674,92 | 34Se 22126,378,96 | 35Br 5915,4479,9 | 36Kr -1539,02983,80 |
| 5 | 37Rb 68872,2285,47 | 38Sr 138214487,62 | 39Y 222636388,91 | 40Zr 4409591,691,22 | 41Nb 4744696,692,91 | 42Mo 463959895,94 | 43Tc 487766098,91 | 44Ru 4150595101,1 | 45Rh 3695493102,9 | 46Pd 2963357106,4 | 47Ag 2162250,6107,9 | 48Cd 767100112,4 | 49In 2072231,5114,8 | 50Sn 2602295,8118,7 | 51Sb 158777,14121,8 | 52Te 45052,55127,6 | 53I 18420,75126,9 | 54Xe -10812,64131,3 |
| 6 | 55Cs 70567,74132,9 | 56Ba 1640142137,3 | * | 72Hf 4603575178,5 | 73Ta 5458743180,9 | 74W 5555824183,8 | 75Re 5596715186,2 | 76Os 5012627,6190,2 | 77Ir 4428604192,2 | 78Pt 3827510195,1 | 79Au 2856334,4197,0 | 80Hg 35759,23200,6 | 81Tl 1473164,1204,4 | 82Pb 1749177,7207,2 | 83Bi 1564104,8209,0 | 84Po 962120209,0 | 85At 33730210,0 | 86Rn -6216,4222,0 |
| 7 | 87Fr 66764223 | 88Ra 1737137226,0 | ** | 104Rf n/an/a261 | 105Db n/an/a262 | 106Sg n/an/a263 | 107Bh n/an/a262 | 108Hs n/an/a265 | 109Mt n/an/a268 | 110Ds n/an/a281 | 111Rg n/an/a280 | 112Cn n/an/an/a | 113Uut n/an/an/a | 114Fl n/an/an/a | 115Uup n/an/an/a | 116Lv n/an/an/a | 117Uus n/an/an/a | 118Uuo n/an/an/a |
| * Лантаноиды | 57La 3457414138,9 | 58Ce 3426414140,1 | 59Pr 3520297140,9′ | 60Nd 3100273144,2 | 61Pm ~3500n/a146,9 | 62Sm 1803166150,4 | 63Eu 1527144152,0 | 64Gd 3250359157,3 | 65Tb 3230331158,9 | 66Dy 2567230162,5 | 67Ho 2695241164,9 | 68Er 2510193167,3 | 69Tm 1947191168,9 | 70Yb 1194127173,0 | 71Lu 3395356175,0 | |||
| ** Актиноиды | 89Ac 3200293227,0 | 90Th 4788514,4232,0 | 91Pa 4027470231,0 | 92U 4134423238,0 | 93Np 3902n/a237,0 | 94Pu 3327325244,1 | 95Am 2607239243,1 | 96Cm 3110n/a247,1 | 97Bk n/an/a247 | 98Cf n/an/a251 | 99Es n/an/a253 | 100Fm n/an/a255 | 101Md n/an/a256 | 102No n/an/a255 | 103Lr n/an/a260 |
| 0—10 кДж/моль | 10—100 кДж/моль | 100—300 кДж/моль | >300 кДж/моль |
Перегонка браги: процесс и поддержание режима
Температура перегонки браги имеет непосредственное значение. Показатель контролируют, используя обычный термометр. Дистиллятор оснащен различными приспособлениями, температура в кубе отслеживается путем снятия показаний с перегонного куба. Градусы помогают провести дробную перегонку и вовремя закончить отбор той или иной фракции.
Процесс испарения подразделяется на несколько этапов. Вода испаряется при одной температуре, спирт — при другой, а сивушные масла начинают кипеть при третьей температуре.
Чтобы получить продукт высокого качества, отделить спирт от сивухи и получить неплохой самогон, поможет контроль за показателями.
Процесс перегонки браги можно разделить на несколько этапов:
- Первый этап: держим показатель на уровне в 63–68 градусов.
- Повышаем градус до 78.
- 85 градусов — начинаем отбор «хвостовой» части.
Если дистиллятор и брагу, которая залита в перегонный куб, нагреть до 65–67 градусов, то начнется испарение сивушных масел и спирта. Появятся первые капли заветной огненной воды. Но пить ее не рекомендуют. В народе такой самогон называют перваком и считают его качественным и крепким. На деле же эту смесь сложно назвать самогонкой.
В перваке содержится огромное количество примесей начиная с метилового спирта и заканчивая ацетоном. Такой напиток быстро опьяняет, он вызывает тяжелое отравление, сильно «бьёт» по почкам и печени. Пить первак не стоит, его собирают в отдельную емкость и используют только для технических нужд.
В среде винокуров первак называют «головами», их отсекают и не используют, употреблять их нельзя. От общего объёма в процентном соотношении количество первака составляет около 8–10%.
Когда показатель поднимается до 63 градусов, нагрев идет на максимальной температуре, потом градус снижают, в это время температура должна быть около 64–68 градусов. Если показатель не снизить, то возникнут проблемы: брага попадет в холодильник и другие части дистиллятора, а самогон в итоге приобретет характерный запах сивухи и мутный цвет. Даже если используется дистиллятор с сухопарником, это не поможет спасти алкоголь от ухудшения вкуса и запаха.
Исправить ситуацию поможет повторная перегонка: она значительно улучшит качество самогонки, окажет влияние на ее вкус и аромат.
Затем приступаем к новому этапу — сбору основного самогона. Желательно заменить сухопарник. Можно просто снять его и промыть в холодной воде, а потом подставить емкость для сбора основного продукта. При этом температуру поддерживают на уровне 78 градусов, именно в этот момент и начинает активно испаряться спирт. При конденсате (столкновении холодной воды и паров спирта) начинается процесс выделения дистиллята.
Когда показатель достигнет 78 градусов, начнется выделение так называемого «тела», которое можно использовать для употребления вовнутрь.
Постепенно температура будет повышаться, параллельно этому выход продукта снижается. Когда жидкость нагревается до 85 градусов, начинают выделяться сивушные масла. Попадание сивухи в основной продукт меняет его качество: цвет самогонки становится мутным, она будет иметь неприятный, резкий запах.
Впрочем, на этом процесс перегонки не заканчивается. Приступаем к третьему этапу, который называют отбором «хвостов».
При температуре в 85 градусов и выше в основе сохраняется определенное количество спирта. Но его настолько мало, что получить продукт в чистом или относительно чистом виде уже не получиться. По этой причине самогонщики приступают к отбору последней части.
Фракция под названием «хвосты» обладает невысокой крепостью и резким запахом. Такой самогон будет мутным, что тоже свидетельствует о его сомнительном качестве.
Дистиллятор выдает «хвосты» до тех пор, пока крепость в струе не упадет до 20 градусов. Тогда сбор этой фракции прекращают и дистилляцию заканчивают. На этом процесс самогоноварения можно считать завершенным.
Существует и альтернатива перегонке — это вымораживание. Процесс трудоемкий, но довольно интересный. Все дело в том, что вода замерзает при одной температуре, а спирт — при другой. Эффекта от вымораживания мало, но ради интереса можно попробовать.
Температуры кипения для простых веществ
В приведенной таблице элементов Д. И. Менделеева для каждого элемента указаны:
- атомный номер элемента;
- обозначение элемента;
- температура насыщения при нормальных условиях OC{\displaystyle ^{O}C};
- молярная скрытая теплота парообразования (кДж/моль);
- молярная масса.
| Группа → | I A | II A | III B | IV B | V B | VI B | VII B | VIII B | VIII B | VIII B | I B | II B | III A | IV A | V A | VI A | VII A | VIII A |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Период | ||||||||||||||||||
| 1 | 1H -2530,4491,008 | 2He -2680,08454,003 | ||||||||||||||||
| 2 | 3Li 1340145,96,941 | 4Be 2477292,49,012 | 5B 3927489,710,81 | 6C ~4850355,812,01 | 7N -1962,79314,01 | 😯 -1833,41016,00 | 9F -1883,27019,00 | 10Ne -2461,73320,18 | ||||||||||
| 3 | 11Na 88396,9622,99 | 12Mg 1090127,424,33 | 13Al 2467293,426,98 | 14Si 2355384,228,09 | 15P 27712,1330,97 | 16S 4459,632,07 | 17Cl -3410,235,45 | 18Ar -1866,44739,95 | ||||||||||
| 4 | 19K 75979,8739,10 | 20Ca 1484153,640,08 | 21Sc 2830314,244,96 | 22Ti 328742147,87 | 23V 340945250,94 | 24Cr 2672344,352,00 | 25Mn 196222654,94 | 26Fe 2750349,655,85 | 27Co 2927376,558,93 | 28Ni 2913370,458,69 | 29Cu 2567300,363,55 | 30Zn 907115,365,41 | 31Ga 2204258,769,71 | 32Ge 2820330,972,64 | 33As 61634,7674,92 | 34Se 22126,378,96 | 35Br 5915,4479,9 | 36Kr -1539,02983,80 |
| 5 | 37Rb 68872,2285,47 | 38Sr 138214487,62 | 39Y 222636388,91 | 40Zr 4409591,691,22 | 41Nb 4744696,692,91 | 42Mo 463959895,94 | 43Tc 487766098,91 | 44Ru 4150595101,1 | 45Rh 3695493102,9 | 46Pd 2963357106,4 | 47Ag 2162250,6107,9 | 48Cd 767100112,4 | 49In 2072231,5114,8 | 50Sn 2602295,8118,7 | 51Sb 158777,14121,8 | 52Te 45052,55127,6 | 53I 18420,75126,9 | 54Xe -10812,64131,3 |
| 6 | 55Cs 70567,74132,9 | 56Ba 1640142137,3 | * | 72Hf 4603575178,5 | 73Ta 5458743180,9 | 74W 5555824183,8 | 75Re 5596715186,2 | 76Os 5012627,6190,2 | 77Ir 4428604192,2 | 78Pt 3827510195,1 | 79Au 2856334,4197,0 | 80Hg 35759,23200,6 | 81Tl 1473164,1204,4 | 82Pb 1749177,7207,2 | 83Bi 1564104,8209,0 | 84Po 962120209,0 | 85At 33730210,0 | 86Rn -6216,4222,0 |
| 7 | 87Fr 66764223 | 88Ra 1737137226,0 | ** | 104Rf n/an/a261 | 105Db n/an/a262 | 106Sg n/an/a263 | 107Bh n/an/a262 | 108Hs n/an/a265 | 109Mt n/an/a268 | 110Ds n/an/a281 | 111Rg n/an/a280 | 112Cn n/an/an/a | 113Uut n/an/an/a | 114Fl n/an/an/a | 115Uup n/an/an/a | 116Lv n/an/an/a | 117Uus n/an/an/a | 118Uuo n/an/an/a |
| * Лантаноиды | 57La 3457414138,9 | 58Ce 3426414140,1 | 59Pr 3520297140,9′ | 60Nd 3100273144,2 | 61Pm ~3500n/a146,9 | 62Sm 1803166150,4 | 63Eu 1527144152,0 | 64Gd 3250359157,3 | 65Tb 3230331158,9 | 66Dy 2567230162,5 | 67Ho 2695241164,9 | 68Er 2510193167,3 | 69Tm 1947191168,9 | 70Yb 1194127173,0 | 71Lu 3395356175,0 | |||
| ** Актиноиды | 89Ac 3200293227,0 | 90Th 4788514,4232,0 | 91Pa 4027470231,0 | 92U 4134423238,0 | 93Np 3902n/a237,0 | 94Pu 3327325244,1 | 95Am 2607239243,1 | 96Cm 3110n/a247,1 | 97Bk n/an/a247 | 98Cf n/an/a251 | 99Es n/an/a253 | 100Fm n/an/a255 | 101Md n/an/a256 | 102No n/an/a255 | 103Lr n/an/a260 |
| 0—10 кДж/моль | 10—100 кДж/моль | 100—300 кДж/моль | >300 кДж/моль |
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.
Как будет меняться температура кипения воды: 4 фактора
Температура, при которой кипит жидкость, называется температурой кипения.
Стоит отметить, что она всегда остается неизменной. Поэтому, если увеличить огонь под кипящей кастрюлей с водой, выкипать будет быстрее, но температура при этом не увеличится, так как средняя кинетическая энергия молекул остаётся неизменной.
Рассмотрим 4 фактора, которые влияют на изменение t°:
- Пониженное атмосферное давление (наблюдается в горной местности) – t° уменьшается.
- Повышенное атмосферное давление (наблюдается в шахте) – t° наоборот увеличивается.
- Применения герметической крышки, вакуума. За счёт герметической крышки или посуды пар не выходит градус кипения увеличивается. При использовании вакуума температура зависит от давления, которое создано внутри его.
- Свойства воды. Соленая вода начинает кипеть при более высокой температуре, чем пресная.
Рассмотрим более подробно каждый из факторов.
Влияние атмосферного давления
Согласно исследованиям и уравнению Клапейрона — Клаузиуса, градус кипения напрямую зависит от атмосферного давления. С его ростом температура кипения увеличивается, а с уменьшением, наоборот, становится все ниже и ниже.
Атмосферное давление — это давление атмосферы, действующее на все находящиеся на ней предметы и земную поверхность. Оно может меняться в зависимости от места и времени и измеряется барометром.
Таблица № 1. «Температура кипения воды от давления».
| Р, кПа | t, °C | Р, кПа | t, °C | Р, кПа | t, °C |
| 5,0 | 32,88 | 91,5 | 97,17 | 101,325 | 100,00 |
| 10,0 | 45,82 | 92,0 | 97,32 | 101,5 | 100,05 |
| 15,0 | 53,98 | 92,5 | 97,47 | 102,0 | 100,19 |
| 20,0 | 60,07 | 93,0 | 97,62 | 102,5 | 100,32 |
| 25,0 | 64,98 | 93,5 | 97,76 | 103,0 | 100,46 |
| 30,0 | 69,11 | 94,0 | 97,91 | 103,5 | 100,60 |
| 35,0 | 72,70 | 94,5 | 98,06 | 104,0 | 100,73 |
| 40,0 | 75,88 | 95,0 | 98,21 | 104,5 | 100,87 |
| 45,0 | 78,74 | 95,5 | 98,35 | 105,0 | 101,00 |
| 50,0 | 81,34 | 96,0 | 98,50 | 105,5 | 101,14 |
| 55,0 | 83,73 | 96,5 | 98,64 | 106,0 | 101,27 |
| 60,0 | 85,95 | 97,0 | 98,78 | 106,5 | 101,40 |
| 65,0 | 88,02 | 97,5 | 98,93 | 107,0 | 101,54 |
| 70,0 | 89,96 | 98,0 | 99,07 | 107,5 | 101,67 |
| 75,0 | 91,78 | 98,5 | 99,21 | 108,0 | 101,80 |
| 80,0 | 93,51 | 99,0 | 99,35 | 108,5 | 101,93 |
| 85,0 | 95, 15 | 99,5 | 99,49 | 109,0 | 102,06 |
| 90,0 | 96,71 | 100,0 | 99,63 | 109,5 | 102,19 |
| 90,5 | 96,87 | 100,5 | 99,77 | 110,0 | 102,32 |
| 91,0 | 97, 02 | 101,0 | 99,91 | 115,0 | 103,59 |
Единицы измерения давления в таблице: кПа.
Нормальное атмосферное давление составляет 765 мм. РТ. Ст. = 101,325 Р, кПа
Температура кипения в горах
При подъеме над поверхностью Земли (в горах), температура кипения воды падает, так как снижается атмосферное давление (на каждые 10, 5 м на 1 мм РТ. С). Пузырькам легче всплывать – процесс происходит быстрее.
Поэтому высоко в горах альпинисты не могут приготовить нормальную пищу, а используют законсервированные продукты.
Для варки мяса, как и других продуктов, нужны привычные 100 градусов. В обратном случае все компоненты бульона просто останутся сырыми.
Таблица № 2. «Как будет меняться t° кипения с высотой».
| Высота над уровнем моря | t° кипения |
| 100,0 | |
| 500 | 98,3 |
| 1000 | 96,7 |
| 1500 | 95,0 |
| 2000 | 93, 3 |
| 2500 | 91,7 |
| 3000 | 90,0 |
| 3500 | 88,3 |
| 4000 | 86,7 |
| 4500 | 85,0 |
| 5000 | 83,3 |
| 6000 | 80,0 |
Температура кипения воды в шахте
Если спуститься в шахту, то давление будет увеличиваться.
Температура кипения воды в шахте зависит от глубины (при спуске на 300 м вода закипит при t 101°C, при глубине 600 метров -102 °C
Применение герметической крышки
Герметичные крышки не позволяет образовавшемуся пару ускользнуть. В среднем температура закипания воды увеличивается от 5-20 градусов.
В хозяйстве для приготовления блюд часто используют кастрюли, сковородки с герметичной крышкой. Таким образом, уменьшается время приготовления пищи за счет высокой температуры, а блюда получаются более вкусными. В горных районах с низким давлением это необходимая вещь для приготовления пищи. Так же используют мультиварки и сотейники.
Кипячение воды в вакууме
Вакуум — это среда с газом, с пониженным давлением.
Виды вакуумов:
- низкий;
- средний;
- высокий;
- сверхвысокий;
- экстремальный;
- космическое пространство;
- абсолютный.
Температура кипения воды в вакууме зависит от того, какое давление в нём.
Кипение солёной воды
Солёная вода закипает при более высокой температуре за счет своих свойств.
Соль увеличивает плотность воды, соответственно на процесс требуется больше времени.
t° повышается примерно на 1 градус при добавлении 40 грамм соли на литр воды.
Температура кипения воды в чайнике
Чистая пресная вода закипает в чайнике при t° 100 градусов °C при условиях нормального атм. давления 760 мм ртутного столба.
Влияние давления
Мы уже выяснили, что для закипания жидкости необходимо уравнивание давления жидкого вещества и пара. Так как давление воды складывается из атмосферного давления и давления самой жидкости, изменить время закипания можно двумя способами:
- изменением атмосферного давления;
- изменением давления в самом сосуде.
Первый случай мы можем наблюдать на территориях, расположенных на разной высоте над уровнем моря. На побережьях температура закипания будет составлять 100 °C, а на вершине Эвереста – всего 68 °C. Исследователи рассчитали, что при подъеме в горы каждые 300 метров температура закипания воды снижается на 1 °C.
| Высота над уровнем моря (м) | 300 | 1 тыс. | 2 тыс. | 3 тыс. | 4 тыс. | 5 тыс. | 6 тыс. | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Температура закипания (°C) | 100 | 99 | 96,7 | 93,3 | 90 | 86,7 | 83,8 | 80 |
Данные значения могут меняться в зависимости от химического состава воды и наличия примесей (солей, ионов металлов, растворимых газов).
Для получения кипятка чаще всего используют чайники. Температура кипения воды в чайнике также зависит от района проживания. Жителям горной местности рекомендуется использовать автоклавы и скороварки, которые помогают сделать кипяток более горячим и ускорить процесс приготовления пищи.
При скольки градусах закипает?
Независимо от типа используемого прибора в нормальных условиях вода закипает при следующих значениях температуры (в наиболее распространенных единицах измерения):
| Цельсия, 0С | Фаренгейта, 0F | Кельвина, К |
| 100 | 212 | 373,15 |
Однако следует учесть, что в различных приборах, несмотря на одинаковую точку закипания, время для достижения процесса все же различное.
Например, быстрее всего вода закипит в современном электрическом чайнике в теплозащитном корпусе с мощным круговым ТЭНом на 2-3 кВт. Среднее значение по времени будет у обычного чайника с закрытой крышкой. Дольше всех придет к результату емкость без крышки.
Как с уменьшением давления снижается температура закипания, так с увеличением она возрастает. Этот принцип нашел практическое применение в кухонных приборах – скороварках.
Показатель кипения в них достигает рекордных для повседневных условий – 120-130С. Это позволяет ускорить процесс готовки пищи (в противоположность горной местности – когда кипит, но не варится).
За какое время?
Время закипания жидкости зависит сразу от нескольких факторов:
- объема;
- конструкции и материала емкости;
- типа нагревателя и его характеристик;
- исходной температуры;
- сырая или кипяченая вода находится в чайнике;
- атмосферного давления;
- присутствие накипи на внутренних стенках;
- наличия растворенных солей.
Обычный 2-х-литровый чайник на газовой конфорке справится с задачей в среднем за 15 минут. Стандартная электрическая модель потратит на эту процедуру примерно такой же период времени. Более совершенный электрочайник с мощной нагревательной встроенной поверхностью вскипит за 3-5 минут.
Современные водонагревательные приборы, такие как, кулеры, превращают холодную воду в кипяток мгновенно. Благодаря им чай, кофе и другой горячий напиток можно получить моментально.
Свойства сырой воды
Большинство людей употребляют воду из-под крана, поступающую в города из ближайших водохранилищ и проходящую несколько ступеней очистки. Такая жидкость содержит различные примеси, микро- и макроэлементы, щелочи, металлы, кислоты, влияющие на ее свойства и вкус. В ней же живут и микроорганизмы, многие из которых представляют угрозу для здоровья человека. С сырой водой могут поступать:
- Чума.
- Холера.
- Гельминты.
- Туберкулез.
- Всевозможные кишечные инфекции.
Многое зависит от чистоты водоема и состояния водопроводных труб. Для дезинфекции водопроводной воды, как правило, используется хлор. Это химическое вещество уничтожает большинство патогенов и уменьшает риск заражений, но и само является причиной многих заболеваний. Купание в хлористой воде приводит к старению кожи, раздражению глаз. У некоторых людей это вызывает астму. По сведениям Международного журнала рака (исследование 2006 года) хлорирование питьевой воды является одной из причин возникновения злокачественных опухолей. Регулярное употребление доз хлора, даже обычных для водопровода, может вызвать рак прямой кишки, рак молочной железы у женщин и мочевого пузыря у мужчин.
Кроме хлора опасность представляют чрезмерное фторирование воды (в США), а также мышьяк, свинец, радиоактивные элементы, токсические органические соединения, фармацевтические препараты, броматы, хром, тригалометаны.
Совсем другое – природная вода из экологически чистых источников. Если есть возможность набрать воду в роднике, то следует убедиться в том, что рядом нет промышленных предприятий, загрязняющих факторов, мусора. Натуральная «живая» вода – редкость, но именно она дарует человеку неоценимую пользу, насыщая организм необходимыми природными элементами.
Процесс кипячения воды: 3 основных стадии
Кипение – это интенсивное парообразование, которое происходит при нагревании жидкости по всему объёму при определённой температуре.
Весь процесс кипения воды сопровождается выделением пара. Это одно из состояний воды. При парообразовании температура пара и воды остаются постоянными до тех пор, пока жидкость не изменит свое агрегатное состояние. Это явление объясняется тем, что при кипении вся энергия расходуется в преобразование воды в пар.
В воде растворены молекулы воздуха (газов). При нагревании газ превращается в воздушные пузырьки. При достижении достаточной температуры они лопаются, создаётся характерный шум.
Процесс можно разделить на 3 стадии:
- Появление небольших пузырьков вдоль стенок сосуда. Их количество стремительно увеличивается.
- Массовый подъем пузырьков и увлечения их объема. Помутнение воды, затем «побеление».
- Интенсивное бурление. Пузырьки увеличиваются в размере, поднимаются и лопаются, выпуская пар. Слышен характерный звук кипения.
Что такое кипячёная вода?
Это вода, ранее доведенная до температуры кипения. Сырая вода в своем составе может содержать различные бактерии, микроорганизмы. В водопроводе больших городов много хлора и различных других химических веществ. Процесс кипячения обезвреживает многие микробы. Однако не все бактерии и тяжёлые металлы убиваются в кипящей воде, поэтому питьевая вода происходит предварительную проверку пригодности.
Кипение
Существует два способа парообразования: испарение и кипение. Процесс испарения был рассмотрен в предыдущем параграфе. Теперь остановимся на процессе кипения.
КИПЕНИЕ ВОДЫ
Рассмотрим, как изменяется температура воды в процессе её нагревания в открытом прозрачном сосуде, и проследим за изменением состояния воды в сосуде.
На начальном этапе по мере увеличения температуры усиливается испарение воды. Иногда можно увидеть лёгкий туман над поверхностью воды. Этот туман состоит из мельчайших капелек воды, образовавшихся в воздухе над сосудом благодаря конденсации.
При дальнейшем нагревании мы заметим, что на дне и стенках сосуда появляются маленькие пузырьки. Это пузырьки воздуха, который всегда растворён в воде. При нагревании излишек воздуха выделяется из воды в виде пузырьков.
По мере нагревания вода начинает испаряться не только с поверхности жидкости, но и внутри пузырьков, образуя насыщенный пар. Давление внутри пузырьков воздуха возрастает, и пузырьки увеличиваются в объёме.
С увеличением размеров пузырьков возрастает и архимедова сила, выталкивающая их из воды. Пузырьки отрываются от дна и стенок сосуда и поднимаются вверх.
Пока вся вода не прогрелась, в верхних, более холодных её слоях часть водяного пара внутри пузырьков конденсируется и превращается в воду. При этом давление внутри пузырьков уменьшается, что приводит к их сжатию вплоть до полного исчезновения.
Процессы быстрого роста и схлопывания всё новых пузырьков сопровождаются характерным шумом, обычно предшествующим кипению.
Когда же вода прогревается во всём сосуде, те пузырьки, которые поднимаются к поверхности жидкости, уже не сжимаются, а, наоборот, продолжают расширяться. Достигнув поверхности жидкости, пузырьки лопаются, и пар выходит наружу. Возникает характерное бульканье — вода кипит.
Кипение — это интенсивное парообразование, происходящее по всему объёму жидкости при определённой температуре.
ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ
В отличие от испарения, которое происходит при любой температуре, кипение жидкости происходит при определённой температуре.
Температура, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения. Во время кипения температура жидкости не меняется.
ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ
Температура кипения зависит от атмосферного давления. Очевидно, что, для того чтобы в процессе кипения пузырьки не исчезали, давление внутри их должно быть равно атмосферному давлению. Но давление насыщенного пара существенно зависит от температуры. Поэтому при повышении атмосферного давления температура кипения увеличивается, а при понижении — уменьшается. При подъёме в горы атмосферное давление уменьшается, поэтому понижается температура кипения воды (приблизительно на 1 °С на каждые 300 м высоты). Так, на высоте 7000 м давление составляет примерно 400 гПа и температура кипения воды понижается до 70 °С.
ОПЫТ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЙ ЗАВИСИМОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ КИПЕНИЯ ВОДЫ ОТ ДАВЛЕНИЯ
Установим на штативе закрытую колбу с водой. При помощи горелки доведём воду в колбе до кипения. При выключении горелки кипение воды в колбе прекращается. Теперь при выключенной горелке перевернём колбу и положим сверху кусок льда. Вода в колбе снова закипает.
Что же произошло? Почему вода закипела?
Когда мы перевернули колбу и положили сверху лёд, мы тем самым понизили температуру воздуха внутри колбы. Как известно, при понижении температуры молекулы газа движутся медленнее, тем самым оказывая меньшее давление на стенки сосуда, а с понижением давления температура кипения понижается. Если при нормальных условиях вода кипела при 100 °С, то при понижении давления нам достаточно нагреть воду до более низкой температуры.
В нашем случае вода после выключения горелки перестала кипеть, так как успела немного остыть, но этой температуры было достаточно, чтобы вода вновь закипела при пониженном давлении.
Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Кипение».
Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).
Просмотров:
1 569
При скольки градусах вскипает?
На газовой плите вода в таре для варки закипает что с открытой, что с закрытой крышкой при одном и том же температурном значении. Она составляет 100 С.
Крышка влияет на скорость вскипания. За счет нее между паром и водой сохраняется нужный теплообмен. Крышка задерживает нагретый воздух над водой.
Его молекулы не улетучиваются и не уносят энергию, которая была затрачена на нагрев. Она возвращается обратно в воду, и она быстрее достигает 100 С, после чего начинает кипеть.
При открытой крышке молекулы воздуха активно улетучиваются в помещение. Водная поверхность быстрее теряет энергию, идущую на ее нагрев.
Она не возвращается обратно в нее. Из-за этого она дольше достигает температуры в 100 С.
Вода закипает в таре на электроплите что с открытой, что с закрытой крышкой при 100 С. Как и в случае с газовой плитой играет роль не разный температурный показатель кипения воды, а теплообмен.
При закрытой крышке пар над водой интенсивнее передает ей энергию. Она быстрее достигает 100-градусного значения. При открытой крышке теплообмен низкий. Большая часть энергии улетучивается в пространство.
Какие факторы влияют на закипание?
На кипение влияет множество факторов:
- количество воды;
- наличие примесей;
- емкость, в которой она содержится;
- температура окружающей среды;
- высота, где происходит кипячение;
- давление атмосферы;
- мощность источника тепла.
Чем выше изначальная температура воды и воздуха вокруг, тем быстрее начнётся кипение: на нагревание будет затрачено меньше энергии, а значит, меньше времени уйдёт на её получение.
Также часть тепла забирает ёмкость, в которой содержится вода, ведь она должна дойти до нужной температуры ещё раньше, чем ее содержимое. Поэтому посуда с более тонкими стенками, сделанная из легко проводящего тепло материала, например, металла, лучше подходит для кипячения.
От массы, а значит и от объёма вещества, кипение находится в обратной зависимости. Чем больше вес, тем больше энергии требуется на его нагревание, тем дольше будет необходимо ждать.
При прочих равных условиях вода без соли и других примесей закипает несколько быстрее, чем солёная. Однако, если концентрация соли очень низкая, этой разницы может быть практически незаметно.
Давление также влияет на процесс. Чем оно выше, тем дольше будет закипать вода, потому что давление атмосферы как бы удерживает пузырьки газа внутри, а испаряться она начинает тогда, когда давление пара уравнивается с атмосферным.
Соответственно, влияние оказывает также высота, на которой происходит кипячение, ведь с высотой давление уменьшается, как и температура кипения, потому что слой атмосферы сверху становится тоньше.
Эта разница мало заметна, если сравнивать первый этаж жилого дома с пятым, однако становится ощутима, если речь идёт, например, о подъеме в горы.
В вакууме температура кипения всех веществ очень сильно снижается из-за понижения давления, обычно отличие составляет 100-200 градусов. Для воды она стремится к нулю по мере уменьшения количества воздуха, оставшегося в сосуде.
Не менее важны характеристики источника тепла. Чем больше его мощность, то есть количество выделяемой им энергии за единицу времени, тем быстрее идет процесс кипячения. На практике это означает, что на более сильном огне или при большей температуре конфорки на электроплите вода закипит скорее.
