Как правильно вскипятить воду и какая температура нужна для заваривания чая. При какой температуре закипает вода в чайнике При закипании какой градус у воды

Кипение – процесс перехода вещества из жидкого в газообразное состояние (парообразование в жидкости). Кипение не является испарением : оно отличается тем, что может происходить только при определенном давлении и температуре.

Кипячение – нагревание воды до температуры кипения.

Кипение воды является сложным процессом, который происходит в четыре стадии . Рассмотрим пример кипения воды в открытом стеклянном сосуде.

На первой стадии кипения воды на дне сосуда появляются небольшие пузырьки воздуха, которые также можно заметить и на поверхности воды по бокам.

Эти пузырьки образуются в результате расширения небольших пузырей воздуха, которые находятся в мелких трещинах сосуда.

На второй стадии наблюдается увеличение объема пузырьков: все больше пузырьков воздуха рвется на поверхность. Внутри пузырьков находится насыщенный пар.

Как только повышается температура, возрастает давление насыщенных пузырьков, в результате чего они увеличиваются в размере. Как следствие, повышается действующая на пузыри архимедова сила.

Именно благодаря этой силе пузырьки стремятся к поверхности воды. Если верхний слой воды не успел прогреться до 100 градусов С (а это и есть температура кипения чистой воды без примесей), то пузырьки опускаются вниз в более горячие слои, после чего они снова устремляются назад на поверхность.

Ввиду того, что пузыри постоянно уменьшаются и увеличиваются в размере, внутри сосуда возникают звуковые волны, которые создают характерный для кипения шум.

На третьей стадии на поверхность воды поднимается огромное количество пузырьков, что вначале вызывает небольшое помутнение воды, которая затем «бледнеет». Данный процесс продолжается недолго и имеет название «кипение белым ключом».

Наконец, на четвертой стадии кипения вода начинает интенсивно бурлить, появляются большие лопающиеся пузыри и брызги (как правило, брызги означают, что вода сильно перекипела).

Из воды начинает образовываться водяной пар, при этом вода издает специфические звуки.

Почему «цветут» стены и «плачут» окна? Очень часто в этом виноваты строители, неправильно рассчитавшие точку росы. Читайте статью чтобы узнать, насколько это важное физическое явление, и как все-таки избавиться от излишней сырости в доме?

Какую пользу может принести талая вода для желающего похудеть? Об этом вы узнаете , оказывается, худеть можно без особых усилий!

Температура пара при кипении воды ^

Пар – это газообразное состояние воды. Когда пар поступает в воздух, то он, как и другие газы, оказывает на него определенное давление.

В процессе парообразования величина температуры пара и воды будет оставаться постоянной до тех пор, пока не испарится вся вода. Такое явление объясняется тем, что вся энергия (температура) направлена на превращение воды в пар.

В данном случае образуется сухой насыщенный пар. Высокодисперсные частицы жидкой фазы в таком паре отсутствуют. Также пар может быть насыщенным влажным и перегретым .

Насыщенный пар с содержанием взвешенных высокодисперсных частиц жидкой фазы , которые равномерно распределены по всей массе пара, называется влажным насыщенным паром .

В начале закипания воды образуется именно такой пар, который затем переходит в сухой насыщенный. Пар, температура которого больше температуры кипящей воды, а точнее перегретый пар, можно получить только с использованием специального оборудования. При этом такой пар будет близок по своим характеристикам к газу .

Температура кипения соленой воды ^

Температура кипения соленой воды превышает температуру кипения пресной воды . Как следствие соленая вода закипает позднее пресной . В соленой воде присутствуют ионы Na+ и Cl-, которые занимают определенную область между молекулами воды.

В соленой воде молекулы воды присоединяются к ионам соли – данные процесс имеет название «гидратация». Связь между молекулами воды значительно слабее связи, образовавшейся в процессе гидратации.

Поэтому при кипении из молекул пресной воды парообразование происходит быстрее.

На закипание воды с растворенной солью потребуется больше энергии, в качестве которой в данном случае выступает температура.

По мере увеличения температуры молекулы в соленой воде начинаются двигаться быстрее, но при этом их становится меньше, ввиду чего они сталкиваются реже. В результате образуется меньше пара, давление которого ниже, нежели у пара пресной воды.

Для того чтобы в соленой воде давление стало выше атмосферного и начался процесс кипения, необходима более высокая температура. При добавлении 60 граммов соли в воду объемом 1 литр температура кипения увеличится на 10 С.

Олег

А здесь ошиблись на 3 порядка «Удельная теплота испарения воды равна 2260 Дж/кг.» Правильно кДж, т.е. в 1000 раз больше.

Настя

Чем объясняется высокая температура кипения воды?
Из-за чего вода кипит при высокой температуре?

IamJiva

Перегретый пар, это пар с температурой выше 100С(ну если вы не в горах или вакууме, а при нормальных условиях), его получают пропуская пар через раскаленные трубки, либо проще — от кипящего раствора соли или щелочи(опасно — щелочь крепче Na2CO3(например поташ — K2CO3 почему остатки NaOH за день-два становятся не опасными для глаз, в отличие от окарбонатившихся на воздухе остатков KOH)омыляет глаза, не забудьте надеть плавательные очки!), но р-ры такие кипят толчками, нужны кипелки и тонкий слой на дне, воду можно добавлять при выкипании, выкипает только она.
так из соленой воды можно получить при кипении пар с температурой около 110С, не хуже такого-же из горячей 110С трубы, пар этот содержит лишь воду и нагрет, каким способом он не помнит, но на 10С имеет «запас хода» в сравнении с паром из чайника пресной воды.
Его можно называть сухим, т.к. согрев(контактируя как в трубе, или даже излучением, свойственным не только солнцу но и любому телу в некоторой(температурно зависимой) степени) некий предмет, пар может охладившись до 100С все еще оставаться газом, и только дальнейшее охлаждение ниже 100С вызовет его конденсацию в каплю воды, и почти вакуум(давление насыщенного пара воды около 20мм рт ст из 760мм рт ст(1 атм), тоесть в 38 раз ниже атмосферного давления, это происходит и с неперегретым, насыщенным паром с температурой 100С в прогревшемся сосуде(чайник из носика которого валит пар), и не только с водой, а с любым кипящим веществом, например медицинский эфир кипит ужЕ при температуре тела, и может кипеть в колбе в ладони, из горлышка которой будут «фонтанировать» его парЫ, заметно преломляющие свет, если теперь второй ладонью закрыть колбу, и убрать нагрев нижней ладони, заменив ее подставкой с температурой ниже 35С, эфир перестанет кипеть, а его насыщенный пар, вытолкнувший при кипении весь воздух из колбы, сконденсируется в каплю эфира, создав вакуум не сильнее чем тот от которого эфир закипает, то-есть примерно равный давлению насыщенного пара эфира при температуре самой холодной точки внутри колбы, или присоединенного к ней без утечек второго сосуда или шланга с закрытым дальним концом, так устроен прибор Криофор, демонстрирующий принцип холодной стенки, как сладкая липучка — пчёл, захватывающей все молекулы пара в системе.(«вакуумный спирт» так гонят, без нагрева)

А при более 1700 Цельсия вода очень так хорошо разлогается на кислород и водород…бада-бум получается, ни нада ею плескать на всякие там горящие металлическо-сикамбричнеские конструкции

Онечно, при 100° по Цельсию, ответит каждый из нас. Отвечая так на этот вопрос, мы часто забываем, что наш ответ верен только для воды, находящейся под давлением воздуха на поверхности земли.

Кипение жидкости наступает тогда, когда давление пара над ней становится равным давлению воздуха или другого газа, находящегося над поверхностью жидкости. Темпера­тура кипения, следовательно,-переменная величина и зави­сит она от давления, под которым находится жидкость. Сто­ит поместить жидкость в разреженное пространство, как температура ее кипения понизится.

Поднимемся на вершину горы Казбек (5043 м выше уров­ня моря), где давление воздуха равно 405 мм ртутного стол­ба, и попробуем измерить температуру «кипятка» - термо­метр покажет только 83°. В разреженном пространстве можно получить и совсем «холодный» кипяток. Например, при давлении в 17,5 мм ртутного столба вода будет кипеть при 20°. Это будет действительно «холодный» кипяток.

В химической, пищевой и других отраслях промышлен­ности иногда приходится выпаривать огромные количества жидкостей. Такое выпаривание особенно эффективно в вакууме. В некоторых случаях возможность быстро выпари­вать воду при низкой температуре имеет решающее значение: предохраняется от разложения растворенный продукт. При выпаривании в вакууме молока, фруктовых и ягодных соков, дрожжей, органических красителей сохраняются их важ­нейшие свойства.

На молочном заводе вакуум применяется не только для выпаривания молока и его сушки, но и для того, чтобы в моло­ко и продукты его переработки не попали загрязнения при перекачке. Чтобы из одного чана подать молоко в другой или в автоцистерну, создается вакуум и молоко само устрем­ляется в нужном направлении.

Используется вакуум и на консервном заводе. Чтобы убить бактерии, попавшие при упаковке в консервную бан­ку, ее нагревают и выдерживают при повышенной темпера­туре. Если в банке перед укупоркой останется воздух, при прогреве он расширится и может разорвать банку. Чтобы этого не случилось, перед укупоркой банку вакуумируют.

Наиболее совершенный способ сохранения продуктов в свежем состоянии состоит в быстром их замораживании и затем высушивании - вымораживании влаги под вакуумом. Это наиболее прогрессивный способ консервирования пище­вых продуктов.

Можно ли создать вакуум без насоса? Да, можно. Чтобы получить вакуум без насоса, нужно часть газа путем силь­ного охлаждения превратить в жидкость.

Такой прием используется при выпаривании в вакууме. На рис. 30 изображена выпарная установка сахарного заво­да, которая состоит из нескольких, обычно трех, последова­тельно соединенных аппаратов. Первый из них обогревает­ся паром, поступающим из котельной, второй - паром пер­вого, третий - паром второго. В первый аппарат поступает предварительно упаренный сироп, прошедший второй и тре­тий аппараты. Сироп кипит, часть воды из него испаряется,

И, когда концентрация станет достаточной, сироп выпускают для кристаллизации сахара или проводят процесс кристал­лизации в самом аппарате. Полученную смесь патоки и кристаллов выпускают для дальнейшей обработки. Пар из третьего аппарата поступает в конденсатор, где охлаж­дается водой и конденсируется. При конденсации пара соз­дается вакуум, под которым и находится сироп в третьем корпусе выпарки. От величины вакуума зависит температу­ра кипения сиропа в корпусах выпарки. Так как в аппараты выпарки может проникать воздух, для поддержания вакуу­ма к конденсатору присоединен вакуум-насос. Образовавшая­ся в конденсаторе вода по мере ее накопления стекает по ба­рометрической трубке, степень заполнения которой водой определяется величиной вакуума. В каждом из выпарных ап­паратов раствор кипит при пониженной температуре, так как давление в них ниже атмосферного. Это позволяет лучше использовать тепло греющего пара.

В химической промышленности в вакууме производится не только выпаривание, но сушка и кристаллизация многих продуктов.

В любой отрасли промышленности мы увидим использо­вание вакуума. Многие читатели, наверное, не слышали, что даже при производстве кирпича вакуум может сыграть важную роль. В кирпичном производстве есть вид брака, который образно называется «драконов зуб». При этом кир­пич выходит из пресса с рваной кромкой. Зависит это от свойств глины, и избавиться от такого вида брака трудно. И здесь помогает вакуум! Стоит создать вакуум в камере кир­пичного пресса, как брак прекращается. Это происходит потому, что из глины удаляются пузырьки воздуха, глиня­ная масса делается более плотной и связной и лучше формуется.

Вакуум-прессы широко применяются в керамической промышленности, где требования к обработке пластичной массы особенно высоки.

металлургии также начали широко использовать вакуум, что сулит значительное повышение качества металлов. Из доменной печи выпускается огненная струя рас­плавленного чугуна. Заполняется огромный ковш, вмещаю­щий десятки тонн металла, ковш подается к разливочной ма­шине. Искры, шипение воды, шум механизмов, и вот уже бесконечная цепь тянет формы-изложницы с еще огненно - красным, но постепенно тускнеющим, застывающим чугу­ном. На другом конце машины из форм извлекается чугун­ный брусок - чушка. Та же картина у мощной мартеновской печи. Здесь сталь, сверкая всеми оттенками - от осле­пительно белого и до оранжево-красного, разливается в огромные изложницы, застывает в слиток, который пойдет на мощный прокатный стан, будет обжат, вытя­нут, прокатан и превратится в сотни метров балок или рельсов.

Но что это? После того как на получение стали затрати­ли столько сил - плавили, разливали, охлаждали, вновь разогревали, прокатывали,- готовые рельсы отбрасывают в сторону и отправляют обратно в мартен для переплавки вместе с ржавым ломом.

Это брак! Тонкие - размером тоньше волоса - трещи­ны, пузырьки, каверны оказались в отливке в недопустимом количестве, и готовое изделие забраковано, оно не может надежно работать.

В чем дело, где причина брака? Оказывается, основной причиной самых различных пороков стали являются раство­ренные в металле газы. Когда металл плавят, в печи проис­ходит ряд сложных процессов, которые в некоторых случа­ях сопровождаются выделением больших количеств газов. Некоторое количество газов остается в расплавленном метал­ле. При охлаждении, когда расплавленный металл застыва­ет в прочный и плотный слиток, газы остаются в нем, созда­вая дефекты. В стали могут быть растворены водород, азот, кислород. Их количество по весу невелико. Водород, напри­мер, содержится в количестве около 0,001%; но по объему это составляет 4-10 куб. см при обычном давлении на каж­дые 100 граммов стали. Водород заполняет небольшие пус­тоты в стальном слитке. В процессе охлаждения металл сжимается и в пространстве, заполненном газом, может раз­виться высокое давление, достигающее нескольких тысяч

Атмосфер. Такое давление образует в металле мелкие тре­щины - флокены. Металлурги давно борются со своим вра­гом - газами, растворенными в чугуне, стали и других металлах. Чтобы уменьшить их количество, в металл при плавке вводятся различные вещества, которые могли бы связать газы химически. В сталь добавляют с этой целью алюминий, кремний, титан и другие вещества, но это не проходит даром. Образуются неметаллические соединения, которые понижают качество металла, даже если содержатся в сотых долях процента.

И здесь при помощи вакуума металлургам удалось повы­сить качество металла. Если ковш с расплавленной сталью поместить в вакуум, из нее бурно начнут выходить газы. В вакууме резко уменьшается растворимость газов в металле. Качество отливок возрастает.

Разработанные советскими учеными способы краткосроч­ной дегазации стали непосредственно в ковшах и изложни­цах уменьшают содержание в ней газов в несколь­ко раз.

В вакууме не только удаляются примеси газов, но и во время отливки и остывания металл предохраняется от дей­ствия активных газов, прежде всего кислорода.

Высококачественные хромомолибденовые сплавы для лопаток турбин и никелевые сплавы для радиоаппаратуры плавят в вакууме, чтобы избежать окисления.

Особенно велико значение дегазации под вакуумом для специальных сталей. Подшипники из вакуумированной стали служат в три-четыре раза дольше, чем из обычной. Уменьшаются потери электроэнергии в магнитных сталях для сердечников трансформаторов. Уменьшается основной дефект жаропрочных сталей - хрупкость. Увеличивается химическая стойкость нержавеющих сталей. Одно перечис­ление преимуществ, которые дает применение вакуумирова - ния при плавке металлов, говорит о высокой эффективности этого процесса.

Для вакуумной плавки качественных сталей созданы ин­дукционные печи, в которых весь процесс, включая разлив­ку, идет в вакууме. Печь целиком помещена в герметически закрывающийся кожух, соединенный с мощными вакуум-насосами.

Большой практический интерес представляет не только плавка в вакууме, но и перегонка металлов в ваку­уме.

Ы ежедневно наблюдаем, как испаряются жидкости. Вы наливаете на ладонь несколько капель эфира, взмах рукой - появляется ощущение холода, и жидкость исчезает, испаряется, в воздухе распространяется запах эфира. Молекулы эфира распределились между молекулами газов воздуха.

Трудно себе представить, что подобно эфиру может ис­паряться сталь или другие прочные и устойчивые металлы. И действительно, сколько бы при обычной температуре мы ни держали на воздухе стальную пластинку, ее вес не умень­шится, если, конечно, воздух будет сухим и будет исклю­чена возможность ржавления. Однако можно создать та­кие условия, при которых даже наиболее тугоплавкие метал­лы будут постепенно испаряться. Обратите внимание на ста­рую перегоревшую электролампу. Поверхность ее стеклян­ного баллона изнутри покрыта темным металлическим нале­том. Откуда он мог взяться? Ведь в лампе есть только нить из весьма тугоплавкого и стойкого металла вольфрама. Ана­лиз показывает, что этот налет и состоит из вольфрама, испа­рившегося при накаливании нити и осевшего на холодной поверхности стеклянного баллона, совсем так же, как водя­ной пар, попадая на холодную поверхность, конденсируется и поверхность запотевает.

При высокой температуре металлы испаряются так же, как вода или эфир при комнатной температуре. Конечно, нужна весьма высокая температура, чтобы испарение было заметным.

Сравнительно легко летучими металлами являются цинк, магний, хром и некоторые другие. Так, давление пара

1 10""2 мм ртутного столба достигается для цинка при 350°, магния при 439°, хрома при 917°. В то же время железо при 750° имеет давление паров только 1 10~8 мм ртутного столба, а вольфрам имеет такое же давление пара при температуре свыше 2100°.

Возможность испарения металлов в вакууме широко при­меняется в современной технике. Это свойство используется для нанесения на поверхность металлов защитных покрытий из металлического хрома. Кто из вас не любовался серебри­стым блеском покрытия деталей автомашин, не тускнеющих на дожде и на солнце, прочных и красивых. Это покры­тие- тонкая пленка металлического хрома.

Пленка хрома может наноситься при помощи электро­лиза, однако использование вакуума способствовало рас­ширению применения так называемого термохромирования. При этом способе детали и измельченный хром с определен­ными добавками помещаются в печь. Печь наполняют газо­образным хлором, затем начинают нагрев. Хлор поглощает­ся добавками, и в печи образуется вакуум. Хром начинает испаряться и откладываться тончайшим слоем на поверх­ности деталей.

Вакуумный метод термохромирования упрощает подго­товку деталей к покрытию, сокращает расход хрома, упро­щает оборудование. Когда нужен металл высокой чистоты, вакуум помогает удалить следы примесей различных ве­ществ, например, в магнитных, жароупорных, нержавею­щих сталях. Высокий вакуум необходим для удаления лег­колетучих примесей (свинца, кадмия, висмута) из меди.

Для получения чистых легколетучих металлов приме­няется плавка и дистилляция в высоком вакууме. Так же как перегоняют спирт, чтобы увеличить его крепость и отделить от примесей, перегоняют, например, ртуть, цинк, кадмий, а иногда и магний.

Даже кремнекислота, составляющая такой, казалось бы, стойкий материал, как кварцевый песок, заметно испаряется в высоком вакууме. А хром настолько летуч в высоком ва­кууме, что интенсивно испаряется, еще не расплавившись.

Перегонка в вакууме позволяет получить чрезвычайно чистые металлы. Удается получить алюминий, более чистый, чем при электролизе, с содержанием железа менее одной тысячной процента. Известно, что алюминий легко окисляет­ся на воздухе, тем более активна пленка алюминия, получен­ная при перегонке, и только высокий вакуум предохраняет металл от окисления. Такова же роль вакуума и при плавке молибдена. Только в печи с высоким вакуумом удалось рас­плавить без окисления этот тугоплавкий металл, плавя­щийся при температуре свыше 2600° С.

Применение вакуума в металлургии привело к развитию техники получения вакуума в больших объемах и с большой скоростью. Увеличение производительности насосов позво­ляет размещать в вакуумируемом пространстве все более крупное оборудование.

В настоящее время уже созданы печи для единовремен­ного расплавления 1 тонны стали при вакууме 1-10"2-

1 1СГ3 мм ртутного столба.

Формовка и литье под вакуумом дают весьма точные от­ливки.

Для применения вакуума в металлургии построены мас­ляные диффузионные насосы с диаметром входного отверстия 80 см и скоростью откачки 14 000 л! сек, при теоретической скорости до 60 000 л! сек.

Даже беглый обзор применения вакуума в металлургии показывает, что эта важнейшая отрасль техники широко ис­пользует возможности регулировать свойства газовой сре­ды, окружающей металл на всех этапах его «жизни» от плав­ки до обработки. Перспективы здесь еще более широки. Мощ­ные вакуум-установки скоро станут такой же неотъемле­мой принадлежностью металлургического завода, какой являются воздуходувные станции для подачи воздуха в печи.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Ход урока

1.Стадии кипения воды.

Кипение – переход жидкости в пар, происходящий с образованием в объеме жидкости пузырьков пара или паровых полостей. Пузырьки растут вследствие испарения в них жидкости, всплывают, и содержащийся в пузырьках насыщенный пар переходит в паровую фазу над жидкостью.

Кипение начинается, когда при нагреве жидкости давление насыщенного пара над её поверхностью становится равным внешнему давлению. Температура, при которой происходит кипение жидкости, находящейся под постоянным давлением, называется температурой кипения (Ткип). Для каждой жидкости температура кипения имеет свое значение и в стационарном процессе кипения не меняется.

Строго говоря, Ткип соответствует температуре насыщенного пара (температуре насыщения) над плоской поверхностью кипящей жидкости, так как сама жидкость всегда несколько перегрета относительно Ткип. При стационарном кипении температура кипящей жидкости не меняется. С ростом давления Ткип увеличивается

1.1.Классификация процессов кипения.

Кипение классифицируют по следующим признакам:

пузырьковое и пленочное.

Кипение, при котором пар образуется в виде периодически зарождающихся и растущих пузырей, называется пузырьковым кипением. При медленном пузырьковом кипении в жидкости (а точнее, на стенках или на дне сосуда) появляются пузырьки, наполненные паром.

При увеличении теплового потока до некоторой критической величины отдельные пузырьки сливаются, образуя у стенки сосуда сплошной паровой слой, периодически прорывающиеся в объём жидкости. Такой режим называется плёночным.

Если температура дна сосуда значительно превышает температуру кипения жидкости, то скорость образования пузырей на дне становится столь большой, что они объединяются вместе, образуя сплошную паровую прослойку между дном сосуда и непосредственно самой жидкостью. В этом режиме плёночного кипения тепловой поток от нагревателя к жидкости резко падает (паровая плёнка проводит тепло хуже, чем конвекция в жидкости), и в результате скорость выкипания уменьшается. Режим плёночного кипения можно наблюдать на примере капли воды на раскалённой плите.

по виду конвекции у поверхности теплообмена? при свободной и вынужденной конвекции;

При нагревании вода ведет себя неподвижно, и теплота от нижних слоев к верхним передается посредством теплопроводности. По мере нагревания, однако, характер теплопередачи меняется, поскольку запускается процесс, который принято называть конвекцией. Нагреваясь вблизи дна, вода расширяется. Соответственно, удельный вес придонной разогретой воды оказывается легче, чем вес равного объема воды в поверхностных слоях. Это приводит всю водную систему внутри кастрюли в нестабильное состояние, которое компенсируется за счет того, что горячая вода начинает всплывать к поверхности, а на ее место опускается более прохладная вода. Это свободная конвекция. При вынужденной конвекции теплообмен создается с помощь перемешивания жидкости и движение в воде создается за искусственным теплоносителем-мешалкой, насосом, вентилятором и тому подобное.

по отношению к температуре насыщения? без недогрева и кипение с недогревом. При кипении с недогревом пузырьки воздуха растут у основания сосуда, отрываются и схлопываются. Если недогрева нет, то пузырьки отрываясь, растут и всплывают на поверхность жидкости. по ориентации поверхности кипения в пространстве? на горизонтальных наклонных и вертикальных поверхностях;

Некоторые слои жидкости непосредственно прилегающие к более горячей теплообменной поверхности, нагреваются выше и поднимаются как более легкие пристенные вдоль вертикальной поверхности. Таким образом, вдоль горячей поверхности возникает непрерывное движение среды, скорость которой определяет интенсивность теплообмена поверхности с основной массой практически неподвижной среды

по характеру кипения? развитое и неразвитое, неустойчивое кипение;

С ростом плотности теплового потока растет коэффициент парообразования. Кипение переходит в развитое пузырьковое. Увеличение частоты отрыва приводит к тому, что пузыри догоняют друг друга и сливаются. С увеличением температуры поверхности нагрева число центров парообразования резко возрастает, все большее количество оторвавшихся пузырьков всплывает в жидкости, вызывая ее интенсивное перемешивание. Такое кипение носит развитый характер.

1.2.Разделение процесса кипения по стадиям.

Кипячение воды представляет собой сложный процесс, состоящий из четырех ясно отличимых одна от другой стадий.

Первая стадия начинается с проскакивания со дна чайника маленьких пузырьков воздуха, а также появления групп пузырьков на поверхности воды у стенок чайника.

Вторая стадия характеризуется увеличение объема пузырьков. Затем постепенно количество пузырьков, возникающих в воде и рвущихся на поверхность, всё более увеличивается. На первой стадии кипения слышим тонкий, едва различимый сольный звук.

Третья стадия кипения характерна массовым стремительным подъёмом пузырьков, которые вызывают сначала легкое помутнение, а затем даже “побеление” воды, напоминая собой быстро бегущую воду родника. Это так называемое кипение “ белым ключом”. Оно - крайне непродолжительное. Звук становится похожим на шум небольшого пчелиного роя.

Четвертая - это интенсивное бурление воды, появление на поверхности больших лопающихся пузырей, а затем брызганьем. Брызги будут означать, что вода очень сильно перекипела. Звуки резко усиливаются, но их равномерность нарушается, они как бы стремятся опередить друг друга, нарастают хаотически.

2.Из Китайской церемонии чаепития.

На востоке отношение к чаепитию особое. В Китае и Японии чайная церемония была частью встреч философов и художников. Во время традиционного восточного чаепития произносились мудрые речи, рассматривались произведения искусства. Чайная церемония специально оформлялась для каждой встречи, подбирались букеты цветов. Использовалась специальная посуда для заварки чая. Особенное отношение было к воде, которая бралась для заваривания чая. Важно правильно вскипятить воду, обращая внимание на “циклы огня”, которые воспринимаются и воспроизводятся в кипятке. Вода не должна доводиться до бурного кипения, так как в результате этого уходит энергия воды, которая, соединяясь с энергией чайного листа, и производит в нас искомое чайное состояние.

Есть четыре стадии внешнего вида кипятка, которые соответственно называются “рыбий глаз ”, “крабий глаз” , “жемчужные нити” и “бурлящий источник” . Этим четырем стадиям соответствуют четыре характеристики звукового сопровождения закипания воды: тихий шум, средний шум, шум и сильный шум, которым в разных источниках тоже иногда даются разные поэтические названия.

Кроме того, отслеживают и стадии образования пара. Например, легкая дымка, туман, густой туман. Туман и густой туман указывают на переспелость кипятка, который уже не подходит для заваривания чая. Считается, что энергия огня в нем уже настолько сильна, что подавила энергию воды, и в результате вода не сможет должным образом войти в контакт с чайным листом и дать соответствующее качество энергии человеку, пьющему чаю.

В результате правильного заваривания получаем вкусный чай, заваривать который водой, не нагретой до 100 градусов, можно несколько раз, наслаждаясь тонкими оттенками послевкусия от каждого нового заваривания.

В России стали появляться чайные клубы, которые прививают культуру чаепития Востока. В чайной церемонии, которая называется Лу Юй, или кипячение воды на открытом огне можно наблюдать все стадии кипения воды. Такие эксперименты с процессом кипения воды можно провести в домашних условиях. Предлагаю несколько экспериментов:

– изменения температуры на дне сосуда и на поверхности жидкости;
изменение температурной зависимости стадий кипения воды;
- изменение объема кипящей воды с течением времени;
- распределения температурной зависимости от расстояния до поверхности жидкости.

3.Эксперименты по наблюдению процесса кипения.

3.1. Исследование температурной зависимости стадий кипения воды.

Проводилось измерение температуры на всех четырех стадиях кипениях жидкости. Были получены следующие результаты:

– первая стадия кипения воды (РЫБИЙ ГЛАЗ) длилась с 1-ой по 4-ую минуты. Пузырьки на дне появились при температуре 55 градусов (фото 1).

Фото1.

– вторая стадия кипения воды (КРАБИЙ ГЛАЗ) длилась с5-ой по7-ую минуты при температуре около 77 градусов. Мелкие пузырьки на дне увеличивались в объеме, напоминая глаза краба. (фото 2).

Фото 2.

– третья стадия кипения воды (ЖЕМЧУЖНЫЕ НИТИ) длилась с 8-ой по10-ую минуты. Множество мелких пузырьков образовывали ЖЕМЧУЖНЫЕ НИТИ, которые поднимались к поверхности воды, не достигая её. Процесс начался при температуре в 83 градуса (фото 3).

Фото 3.

– четвертая стадия кипения воды (БУРЛЯЩИЙ ИСТОЧНИК) длилась с 10-ой по12-ую минуты. Пузырьки росли, поднимались на поверхность воды, и лопались, создавая бурление воды. Процесс проходил при температуре 98 градусов (фото 4). Фото 4.

Фото 4.

3.2. Исследование изменения объема кипящей воды с течением времени.

С течением времени, объём кипящей воды изменяется. Первоначальный объем воды в кастрюле составлял 1 л. Через 32 минуты объем уменьшился вдвое. Это хорошо видно на фото 5, отмечено красными точками.

Фото 5.

Фото 6.

За следующие 13 минут кипения воды её объем уменьшился на одну треть, эта линия так же отмечена красными точками (фото 6).

По результатам измерений была получена зависимостьизменения объема кипящей воды с течением времени.

Рис.1. График изменения объема кипящей воды от времени

Вывод: Изменение объема обратно пропорционально времени кипения жидкости(рис.1) до тех пор, пока от первоначального объема не осталось1/ 25 часть. На последней стадии уменьшение объема замедлилось. Здесь играет роль режим плёночного кипения. Если температура дна сосуда значительно превышает температуру кипения жидкости, то скорость образования пузырей на дне становится столь большой, что они объединяются вместе, образуя сплошную паровую прослойку между дном сосуда и непосредственно самой жидкостью. В этом режиме скоростьвыкипания жидкости уменьшается.

3.3. Исследование распределения температурной зависимости от расстояния до поверхности жидкости.

В кипящей жидкости устанавливается определённое распределение температуры (рис 2), у поверхности нагрева жидкость заметно перегрета. Величина перегрева зависит от ряда физико-химических свойств и самой жидкости, а так же граничных твёрдых поверхностей. Тщательно очищенные жидкости, лишённые растворённых газов (воздуха), можно при соблюдении особых мер предосторожности перегреть на десятки градусов.

Рис. 2.График зависимости изменения температуры воды у поверхности от расстояния до поверхности нагрева.

По результатам измерений можно получить график зависимости изменения температуры воды от расстояния до поверхности нагрева.

Вывод: с увеличением глубины жидкости температура меньше, причем на небольших расстояниях от поверхности до 1 см температура резко уменьшается, а потом почти не меняется.

3.4.Исследование изменения температуры на дне сосуда и у поверхности жидкости.

Было проведено 12 измерений. Воду нагревали от температуры 7 градусов до момента закипания. Измерения температуры проводились через каждую минуту. По результатам измерения было получено два графика изменения температуры у поверхности воды и на дне.

Рис.3.Таблица и график по результатам наблюдений. (Фото автора)

Выводы: изменение температуры воды на дне сосуда и на поверхности различно. На поверхности температура меняется строго по линейному закону и достигает температуры кипения позже на три минуты, чем на дне. Это объясняется тем, что на поверхности жидкость соприкасается с воздухом и отдаёт часть своей энергии, поэтому прогревается не так, как на дне кастрюли.

Выводы по результатам работы.

Было выяснено, что вода при нагревании до температуры кипения проходит три стадии, зависящие от теплообмена внутри жидкости с образованием и ростом внутри жидкости пузырьков пара. При наблюдении за поведением воды отмечены характерные особенности каждой стадии.

Изменение температуры воды на дне сосуда и на поверхности различно. На поверхности температура меняется строго по линейному закону и достигает температуры кипения позже на три минуты, чем на дне.Это объясняется тем, что на поверхности жидкость соприкасается с воздухом и отдаёт часть своей энергии.

Так же было определено экспериментально, что с увеличением глубины жидкости температура меньше, причем на небольших расстояниях от поверхности до 1 см температура резко уменьшается, а потом почти не меняется.

Процесс кипения происходит с поглощение теплоты. При нагревании жидкости большая часть энергии идет на разрыв связей между молекулами воды. При этом растворенный в воде газ выделяется на дне и стенках сосуда, образуя воздушные пузырьки. Достигнув определенных размеров, пузырек поднимается на поверхность и схлопывается с характерным звуком. Если таких пузырьков много, то вода “шипит”. Пузырек воздуха поднимается на поверхность воды и лопается, если выталкивающая сила, больше силы тяжести. Кипение представляет собой непрерывный процесс, при кипении температура воды равна 100 градусов и не меняется в процессе выкипания воды.

Литература

1. В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел “Теплопередача” М.: Энергия 1969
2. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. Л., 1975
3. Крокстон К. А. Физика жидкого состояния. М., 1987
4. П.М. Куреннова “ Русский Народный Лечебник”.
5. Буздин А. , Сорокин В. , Кипение жидкостей. Журнал “Квант”, N6 ,1987

Давайте проследим за процессом кипения, начиная с того момента, когда на нагретом дне сосуда (кастрюли или ) образуются первые пузырьки. Кстати, а они образуются? Да потому, что тонкий слой воды, непосредственно соприкасающийся с дном сосуда, нагрелся до 100 градусов. И, согласно физическим свойствам воды, начал превращаться из в газообразное.

Итак, первые пузырьки, пока еще маленькие, начинают медленно всплывать – на них действует выталкивающая сила, по-другому называемая Архимедовой – и почти сразу же снова опускаются ко дну. Почему? Да потому, что сверху вода еще недостаточно прогрета. Соприкоснувшись с более холодными слоями, пузырьки как бы «сморщиваются», теряют объем. И, соответственно, тут же уменьшается Архимедова сила. Пузырьки опускаются на дно, и «лопаются» от силы тяжести .

Но нагрев продолжается, все новые и новые слои воды принимают температуру, близкую к 100 градусам. Пузырьки уже не опускаются на дно. Они стремятся достичь поверхности, но самый верхний слой еще существенно холоднее, поэтому, соприкоснувшись с ним, каждый пузырек снова уменьшается в размерах (из-за того, что часть водяного пара, заключенного в нем, охлаждаясь, превращается в воду). Из-за этого он начинает опускаться вниз, но, попав в горячие слои, уже принявшие температуру 100 градусов, опять увеличивается в размерах. Поскольку сконденсированный пар снова становится паром. Огромное количество пузырьков снуют то вверх, то вниз, попеременно уменьшаясь и увеличиваясь в размерах, производя характерный шум.

И вот, наконец, наступает момент, когда вся водяная толща, включая самый верхний слой, приняла температуру 100 градусов. Что будет происходить на этом этапе? Пузырьки, поднимаясь кверху, беспрепятственно достигают поверхности. И вот тут-то, на границе раздела двух сред, происходит «бурление»: они лопаются, выпуская на свободу водяной пар. И этот процесс при условии постоянного нагрева будет продолжаться до тех пор, пока вся вода не выкипит, перейдя в газообразное состояние.

Следует учесть, что температура закипания зависит от атмосферного давления. Например, высоко в горах вода кипит при температурах меньших, чем 100 градусов. Поэтому жителям высокогорий требуется гораздо больше времени для того, чтобы сварить себе пищу.

Кипячение воды является одним из частых повседневных дел. Однако в горных районах этот процесс имеет свои особенности. В различных по высоте над уровнем моря точках закипание воды происходит при разных температурах.

Как точка кипения воды зависит от атмосферного давления

Кипящая вода характеризуется ярко выраженными внешними : бурлением жидкости, образованием маленьких пузырьков внутри посуды и поднимающимся паром. При нагревании молекулы воды получают дополнительную энергию от источника тепла. Они становятся более мобильными и начинают вибрировать.

В конечном счете жидкость достигает такой температуры, при которой на стенках посуды образуются пузырьки пара. Эта температура имеет название точка кипения. Как только вода начинает кипеть, температура не меняется, пока вся жидкость не превратится в газ.

Молекулы воды, выходящие в виде пара, оказывают давление на атмосферу. Это называется давлением пара. С увеличением температуры воды оно увеличивается, а молекулы, двигаясь быстрее, преодолевают связывающие их межмолекулярные силы. Давлению пара противостоит другая сила, созданная воздушной массой: . Когда давление пара достигает или превышает окружающее давление, преодолевая его, вода начинает кипеть.

Точка кипения воды также зависит от ее чистоты. Вода, которая содержит примеси (соль, сахар) закипит при более высокой температуре, чем чистая.

Особенности кипения воды в горах

Воздушная атмосфера оказывает давление на все объекты на . На уровне моря оно одинаково везде и равно 1 атм., или 760 мм рт. ст. Это нормальное атмосферное давление, и вода закипает при температуре 100оС. Давление пара при такой температуре воды также равно 760 мм рт. ст.

Чем выше над уровнем моря, тем воздух становится более разреженным. В горах его плотность и давление уменьшаются. Из-за уменьшения внешнего давления на воду требуется меньше энергии, чтобы разорвать межмолекулярные связи. Это подразумевает меньше тепла, и вода закипит при более низкой температуре.

С каждым километром высоты вода кипит при температуре, которая меньше исходной на 3,3оС (или примерно минус 1 на каждые 300 метров). На высоте 3 км над уровнем моря атмосферное давление составляет около 526 мм рт. ст. Вода закипит, когда давление пара будет равно атмосферному, а именно 526 мм рт. ст. Это условие достигается при температуре 90оС. На высоте 6 км давление меньше нормального примерно в два раза, а - около 80оС.

На вершине Эвереста, высота которого 8848 м, вода закипает при температуре около 72оС.

В горах на высоте 600 м, где вода закипает при 98оС, понимание процесса кипения особенно актуально при приготовлении пищи. Некоторые продукты можно довести до готовности, увеличив время варки. Однако для продуктов, требующих хорошей термальной обработки и длительного времени приготовления, лучше всего использовать скороварку.

Кипение - казалось бы, простой физический процесс, известный каждому, хоть раз в жизни вскипятившему чайник. Однако у него есть немало особенностей, которые физики изучают в лабораториях, а хозяйки - на кухнях. Даже температура кипения далеко не постоянна, а меняется в зависимости от различных факторов.

Кипение жидкости

При кипении жидкость начинается интенсивно превращаться в пар, в ней образуются паровые пузырьки, поднимающиеся на поверхность. При нагревании сначала пар появляется только на поверхности жидкости, затем этот процесс начинается по всему объему. Появляются мелкие пузырьки на дне и стенках посуды. При повышении температуры давление внутри пузырей возрастает, они увеличиваются и поднимаются вверх.

Когда температура достигает так называемой точки кипения, начинается бурное образование пузырьков, их становится много, жидкость закипает. Образуется пар, температура которого остается постоянной, пока не вся вода. Если парообразование происходит в обычных условиях, при стандартом давлении 100 мПа, его температура равна 100оС. Если же искусственно увеличить давление, можно получить перегретый пар. Ученым удалось нагреть водяной пар до температуры 1227оС, при дальнейшем нагреве диссоциация ионов превращает пар в плазму.

При заданном составе и постоянном давлении температура кипения любой жидкости постоянна. В учебниках и пособиях по можно увидеть таблицы, указывающие температуру кипения различных жидкостей и даже металлов. Например, вода закипает при температуре 100оС, при 78,3оС, эфир при 34,6оС, золото при 2600оС, а серебро при 1950оС. Это данные для стандартного давления 100 мПа, оно рассчитывается на уровне моря.

Как изменить температуру кипения

Если давление снижается, температура кипения уменьшается, даже если состав остается прежним. Это значит, что если подняться с котелком воды на гору высотой 4000 метров и поставить ее на костер, вода закипит при 85оС, для этого понадобится гораздо меньше дров, чем внизу.

Хозяйкам будет интересно сравнение со скороваркой, в которой давление искусственно увеличивается. кипения воды при этом также увеличивается, за счет чего пища готовится гораздо быстрее. Современные скороварки позволяют плавно изменять температуру кипения от 115 до 130оС и более.

Еще один секрет температуры кипения воды заключается в ее составе. Жесткая вода, в состав которой входят различные соли, закипает дольше и требует для нагрева больше энергии. Если добавить в литр воды две столовые ложки соли, температура кипения ее увеличится на 10оС. То же самое можно сказать о сахаре, 10% сахарный сироп закипает при температуре 100,1оС.

Каждый знает, что температура кипения воды при обычном атмосферном давлении (около 760 мм рт. ст.) составляет 100 °С. Но не всем известно, что вода может закипать при различной температуре. Точка закипания зависит от ряда факторов. Если срабатывают определенные условия, вода может закипеть и при +70 °С, и при +130 °С, и даже при 300 °С! Рассмотрим причины более подробно.

От чего зависит температура кипения воды?

Закипание воды в емкости происходит по определенному механизму. В процессе нагрева жидкости на стенках емкости, в которую она налита, появляются пузырьки воздуха. Внутри каждого пузырька находится пар. Температура пара в пузырьках изначально значительно выше нагреваемой воды. Но ее давление в этот период выше, чем внутри пузырьков. Пока вода не прогрелась, пар в пузырьках сжимается. Затем под воздействием внешнего давления пузырьки лопаются. Процесс длится до тех пор, пока температуры жидкости и пара в пузырьках не сравняются. Именно теперь шарики с паром могут подняться на поверхность. Вода начинает закипать. Далее процесс нагрева прекращается, так как излишки тепла выводятся паром наружу в атмосферу. Это термодинамическое равновесие. Вспомним физику: давление воды состоит из веса самой жидкости и давления воздуха над сосудом с водой. Таким образом, меняя один из двух параметров (давление жидкости в сосуде и давление атмосферы), можно изменить температуру закипания.

Какова температура кипения воды в горах?

В горах температура кипения жидкости постепенно падает. Это связано с тем, что атмосферное давление при восхождении на гору постепенно понижается. Чтобы вода закипела, давление в пузырьках, которые появляются в процессе нагрева воды, должно быть равным атмосферному. Поэтому с увеличением высоты в горах на каждые 300 м температура кипения воды снижается приблизительно на один градус. Такой кипяток не такой горячий, как кипящая жидкость на равнинной местности. На большой высоте сложно, а иногда и невозможно заварить чай. Зависимость кипения воды от давления выглядит таким образом:

Высота над уровнем моря
Температура закипания

А в других условиях?

А какова температура кипения воды в вакууме? Вакуум представляет собой разреженную среду, в которой давление значительно ниже атмосферного. Температура кипения воды в разреженной среде также зависит от остаточного давления. При давлении в вакууме 0,001 атм. жидкость закипит при 6,7 °С. Обычно остаточное давление составляет около 0,004 атм., поэтому при таком давлении вода закипает при 30 °С. При увеличении давления в разреженной среде, температура кипения жидкости будет повышаться.

Почему в герметической емкости вода кипит при более высокой температуре?

В герметически закрытом сосуде температура кипения жидкости связана с давлением внутри емкости. В процессе нагрева происходит выделение пара, который оседает конденсатом на крышке и стенках сосуда. Таким образом, увеличивается давление внутри сосуда. Например, в скороварке давление достигает 1,04 атм., поэтому жидкость кипит в ней при 120 °С. Обычно в таких емкостях давление можно регулировать при помощи встроенных клапанов, следовательно, и температуру тоже.