При скольки градусах кипит вода с разным давлением: температура бурления в чайнике

Механизм кипения

Понять, сколько градусов нужно, чтобы вскипятить воду, поможет изучение механизма этого физического явления. Кипение — это процесс превращения жидкости в пар, который проходит в несколько этапов:

1. При нагревании жидкости из микротрещин в стенках сосуда выходят пузырьки воздуха и водяной пар.
2. Пузырьки немного расширяются, но жидкость в сосуде настолько холодная, что вызывает конденсацию пара в пузырьках.
3. Пузырьки начинают лопаться, пока вся густая жидкость не станет достаточно горячей.
4. Через некоторое время давление воды и пара в пузырьках сравняется. На этом этапе отдельные пузырьки могут подниматься на поверхность и выпускать пар.
5. Пузырьки начинают интенсивно подниматься, бульканье начинается с характерного звука. С этого этапа температура в емкости не меняется.
6. Процесс кипячения будет продолжаться до тех пор, пока вся жидкость не перейдет в газообразное состояние.

Температура пара

Температура пара при кипячении такая же, как и сама вода. Это значение не изменится, пока вся жидкость в контейнере не испарится. При кипячении образуется влажный пар. Он насыщен частицами жидкости, равномерно распределенными по всему объему газа. Кроме того, конденсируются высокодисперсные жидкие частицы, и насыщенный пар сушится.

Также есть перегретый пар, который намного горячее кипящей воды. Но получить его можно только с помощью специального оборудования.

Как кипит H2O в таких условиях?

Частицы воздуха всегда присутствуют в любой емкости, наполненной водой. Они остаются на микроскопических трещинах на стенках емкости. По мере нагревания пузырьки увеличиваются и становятся видимыми невооруженным глазом, особенно на стенках банки и ее дне. На самом деле это капли насыщенного пара, растворенного в воде.

В определенный момент пузыри под действием силы Архимеда начинают выталкиваться. Вода кипит, но еще не кипит. Это связано с тем, что нагрев происходит неравномерно.

Когда температура на дне корабля уже достигла 100 ° C, но еще не на поверхности воды, поверхностное натяжение и атмосферное давление не позволяют частицам покинуть корабль. Они возвращаются, теряя температуру.

Когда степень нагрева поверхности и нижних слоев уравняется, вещество закипает. В вакууме частицам легче покидать объем сосуда. Этому препятствует только поверхностное натяжение, поэтому кипение начинается при более низкой температуре.

Процесс кипячения воды: 3 основных стадии

Кипение — это интенсивное испарение, которое происходит, когда жидкость нагревается по всему объему до определенной температуры.

Весь процесс кипячения воды сопровождается выделением пара. Это одно из состояний воды. Во время испарения температуры пара и воды остаются постоянными, пока жидкость не изменит свое агрегатное состояние. Это явление объясняется тем, что при кипении вся энергия уходит на преобразование воды в пар.

Молекулы воздуха (газа) растворены в воде. При нагревании газ превращается в пузырьки воздуха. При достижении достаточной температуры они лопаются, создавая характерный шум.

Процесс можно разделить на 3 этапа:

1. Появление мелких пузырей вдоль стенок корабля. Их количество стремительно растет.
2. Массовое увеличение пузырьков и перетаскивание их объема. Мутность воды, поэтому «побеление».
3. Сильное кипение. Пузырьки увеличиваются в размерах, поднимаются и лопаются, выделяя пар. Слышен характерный звук кипения.

Влияние давления

Мы уже выяснили, что для того, чтобы вскипятить жидкость, необходимо уравнять давление жидкого вещества и пара. Поскольку давление воды складывается из атмосферного давления и давления самой жидкости, есть два способа изменить время кипения:

• перепады атмосферного давления;
• изменение давления в самом сосуде.

Первый случай мы можем наблюдать на территориях, расположенных на разной высоте над уровнем моря. На побережье температура кипения составит 100 ° C, а на вершине Эвереста — всего 68 ° C. Исследователи подсчитали, что каждые 300 метров температура точки кипения воды падает на 1 ° C по мере подъема горы.

Эти значения могут варьироваться в зависимости от химического состава воды и наличия примесей (солей, ионов металлов, растворимых газов).

Для получения кипятка часто используются чайники. Температура кипения воды в чайнике также зависит от того, где вы живете. Альпинистам мы рекомендуем использовать автоклавы и скороварки, которые помогают разогреть кипящую воду и ускорить процесс приготовления.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость вещества — это количество тепла, которое необходимо довести до 1 кг этого вещества, чтобы его температура изменилась на 1 градус Цельсия.

Это количество тепла, необходимое для нагрева массы вещества на один градус.

формула удельной теплоемкости

C — удельная теплоемкость;

Q — количество тепла;

— масса нагретого теплоносителя;

— ΔT — разница между конечной и начальной температурой вещества.

Испарение и конденсация

Молекулы в жидкости движутся непрерывно и хаотично. Это означает, что направление движения отдельных молекул является случайным. При этом жидкость сохраняет свой объем. Кроме того, молекулы притягиваются друг к другу силами притяжения, поэтому жидкость не может покинуть Омск.

Значения скорости молекул случайны. По этой причине среди всех молекул обязательно есть те, которые движутся очень быстро. Если такая молекула расположена вблизи границы раздела между жидкостью и окружающей средой, ее кинетическая энергия может достичь высокого значения, и молекула покинет жидкость.

Собственно, именно так и происходит процесс испарения (об этом мы говорили выше, когда говорили о фазовых переходах). Когда испаряется много молекул, образуется пар.

возможен и обратный процесс: молекулы, вышедшие из жидкости, вернутся в жидкость. Это сгущение, мы тоже об этом говорили.
Если открыть емкость с жидкостью, испарившиеся молекулы покинут пространство над жидкостью и больше не вернутся. При этом количество жидкости уменьшится. То есть жидкость испаряется, а пар не конденсируется (потому что молекулы этого пара удаляются из жидкости) — так происходит сушка.

Испарение может происходить с разной скоростью. Чем больше силы притяжения молекул друг к другу, тем меньше количество молекул в единицу времени, которые могут преодолеть эти силы притяжения и улететь, и тем ниже скорость испарения.

Жидкости, такие как эфир, ацетон и спирт, быстро испаряются. Из-за этого свойства их иногда называют летучими жидкостями. Чем медленнее вода. Нефть и ртуть испаряются намного медленнее, чем вода.

Определение насыщенного пара

Ставим на стол стакан с водой и каждый день измеряем уровень воды. Если записать эти измерения и сравнить их, станет очевидно: уровень воды упал, то есть вода испарилась.

Теперь закроем стекло сверху. Молекулы пара больше не смогут покидать пространство над жидкостью; при испарении их количество начнет увеличиваться, а это значит, что количество молекул, которые конденсируются в единицу времени, также увеличится.

Вначале количество конденсирующихся молекул в единицу времени будет меньше количества испаряющихся молекул. Но по мере увеличения концентрации пара (т. Е. Увеличения количества молекул в единице объема пара) поток конденсирующихся молекул будет увеличиваться. Это приведет к состоянию, называемому динамическим равновесием.

Говорят, что пар в динамическом равновесии насыщен.

Представьте себе огромный бизнес-центр с такими же огромными дверями. У сотрудников бизнес-центра разное время работы, поэтому люди входят и выходят из здания одновременно любое количество раз. Допустим, в 18:00 100 человек входят в здание, чтобы пойти на деловую встречу, а остальные 100 человек уже закончили работу и возвращаются домой. Количество людей, заходящих и выходящих из бизнес-центра, будет одинаковым — это состояние насыщения.

Давление насыщенного пара и его плотность максимальны при заданном значении температуры. В противном случае пар ненасыщен.

Почему может кипеть при отрицательных температурных значениях?

Когда среда разрежена, сначала закипает вода. Кипячение начнется, как только вакуум достигнет значения, при котором точка кипения станет ниже комнатной температуры.

В приведенной ниже таблице показаны значения температуры кипения, округленные с учетом данных о давлении.

Давление, Па	Температура кипения воды
	° C	° F	° K
101,325	100	212	373
84660	95	205	368
70 060	90	194	363
47340	80	176	353
31 550	70	158	343
19.900	60	140	333
12 300	50	122	323
7 350	40	104	313
4230	тридцать	86	303
3 380	27	80	300
3048	25	76	298
2710	22	72	295
2370	ветры	69	293
2030 г	18	64	291
1670	15	59	288
1 350	12	53	285
1010	7	45	280
605	0	32	273
340	-6	21 год	267
170	-15	6	258
35 год	-31	-24	242
0,16	-47	-35	226
0,3	-51	-60	222
0,03	-56	-70	217

Вода, выделяя пар, остывает. Он конденсируется и возвращается в жидкое состояние. При дальнейшем откачке воздуха вакуум становится таким, что H2O мгновенно закипает.

Температура падает до отрицательной, водяной пар кристаллизуется, образуя лед. Поскольку это сопровождается увеличением объема, образованию льда препятствует внешнее давление.

Чем он меньше, тем быстрее образуется лед. Поэтому даже при низком вакууме вода неизбежно превратится в пар, а затем в лед.

Кипение соленой воды

То, при какой температуре закипает вода, определяет наличие в ней примесей. Морская вода содержит ионы натрия и хлора. Они находятся между молекулами H2O и притягивают их. Этот процесс известен как гидратация.

Связь между водой и ионами соли намного сильнее, чем между молекулами воды. Чтобы разорвать эти связи, требуется больше энергии, чтобы вскипятить соленую воду. Эта энергия и есть температура.

Кроме того, соленая жидкость отличается от свежей низкой концентрацией молекул H2O. В этом случае при нагревании они начинают двигаться быстрее, но не могут образовать достаточно большой паровой пузырь, так как сталкиваются реже. Давления пузырей недостаточно, чтобы заставить их плавать.

Чтобы уравнять давление воды и атмосферного, необходимо повысить температуру. Следовательно, соленая вода кипит намного дольше, чем пресная вода, и температура кипения будет зависеть от концентрации соли. Известно, что при добавлении 60 г NaCl к 1 литру жидкости температура кипения повышается на 10 ° C.

Как изменить температуру кипения

В высокогорье готовить еду очень сложно, и это занимает слишком много времени. Причина — нехватка кипятка. На очень большой высоте практически невозможно сварить яйцо, не говоря уже о том, чтобы приготовить мясо, которое требует хорошей термической обработки.

Изменение температуры закипания жидкости актуально для жителей не только горных регионов.

Для стерилизации продуктов и оборудования предпочтительно использовать температуру выше 100 ° C, так как некоторые микроорганизмы термостойки.

Это важная информация не только для домохозяек, но и для специалистов, работающих в мастерских. К тому же повышение температуры кипения позволяет значительно сэкономить время, затрачиваемое на приготовление пищи, что немаловажно в наше время.

Чтобы увеличить этот показатель, нужно использовать плотно прилегающую тару. Лучше всего для этого подходят скороварки, где крышка не пропускает пар, увеличивая давление внутри сосуда. Во время нагрева выделяется пар, но, поскольку он не может выйти наружу, он конденсируется внутри крышки. Это приводит к значительному увеличению внутреннего давления. В автоклавах давление составляет 1-2 атмосферы, поэтому жидкость в них кипит при температуре 120-130 ° С.

Максимальная температура кипения воды до сих пор неизвестна, так как эта цифра может увеличиваться с увеличением атмосферного давления. Известно, что в паровых турбинах вода не может закипеть даже при 400 ° С и давлении в несколько десятков атмосфер. Такие же данные были получены на больших глубинах океана.

Свойства насыщенного пара

1. При постоянной температуре плотность насыщенного пара не зависит от его объема.Представим себе уменьшение объема емкости с насыщенным паром без изменения температуры.

   Количество молекул, которые переходят из пара в жидкость, будет превышать количество молекул, которые испаряются, но часть пара будет конденсироваться, а оставшийся пар вернется к динамическому равновесию. Следовательно, плотность этого пара будет равна начальной плотности.

2. Давление насыщенного пара не зависит от его объема.Это связано с тем, что давление и плотность связаны уравнением Менделеева-Клапейрона и вытекают из первого свойства насыщенного пара.

   Кстати, уравнение Менделеева-Клапейрона справедливо для насыщенного пара. В этом случае нужно быть осторожным с частными случаями. Так, например, закон Бойля-Мариотта для насыщенного пара не выполняется.

   Уравнение Менделеева-Клапейрона pV = νRT p — давление газа Па V — объем м3 ν — количество вещества моль T — температура K R — универсальная газовая постоянная R = 8,31 м2 × кг × с-2 × К-1 × моль-1

3. При постоянном объеме плотность насыщенного пара увеличивается с повышением температуры и уменьшается с понижением температуры.В начальный момент испарения будет нарушено динамическое равновесие (часть жидкости испарится дальше). Плотность пара будет увеличиваться до восстановления динамического равновесия.
4. Давление и температура насыщенного пара растут быстрее, чем линейно, что верно для идеального газа.В случае идеального газа повышение давления происходит только из-за повышения температуры, а в случае насыщенного пара учитываются два фактора: температура и масса пара.

   Когда насыщенный пар нагревается, молекулы начинают чаще сталкиваться, так как их вообще больше, потому что пара больше.

   Основное отличие насыщенного пара от идеального газа: сам пар не является замкнутой системой, а находится в постоянном контакте с жидкостью.