кипячение воды это какое явление

Физическое явление, знакомое каждому: кипение воды и его особенности

Существует множество физических явлений, над которыми обычно никто не задумывается — настолько они стали привычны и обыденны.

Однако иногда бывает полезно узнать о них подробнее. Одним из таких явлений является кипение воды.

Что это за явление?

Кипение — это процесс перехода воды из жидкого агрегатного состояния в газообразное, то есть ее превращение в пар.

От обычного испарения оно отличается высокой степенью интенсивности: если на испарение воды может потребоваться несколько дней или недель, то выкипеть такой же ее объем сможет за считанные часы.

При необходимости ёмкость можно прикрыть, тогда часть пара будет конденсироваться обратно, становясь капельками воды.

Процесс кипения условно можно разделить на два этапа:

Однако источник тепла нужен даже на этой стадии, ведь парообразование тоже требует энергетических затрат.

Какие факторы влияют на закипание?

На кипение влияет множество факторов:

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.

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.

Сколько по времени закипает?

Становится понятно, что время кипения сильно зависит от условий, при которых оно происходит.

Величины:

Даже эта формула учитывает не все, ведь также существуют потери тепла, которое уходит в окружающую среду.

Однако такая точность редко бывает нужна в быту, кроме того, необходимые данные для расчётов получить затруднительно. Чаще всего кипение литра воды на плите при достаточно большом огне занимает около 10 минут. Здесь некоторую роль играет материал, из которого сделана посуда. Быстрее всего нагревается металл.

Как понять, что жидкость кипит?

По мере приближения к точке кипения в воде появляется все больше пузырьков. Сначала их можно увидеть на стенках сосуда, а потом они начинают всплывать на поверхность, отчего она становится неровной. Пропустить этот момент сложно из-за характерного бурления.

Даже спустя некоторое время после этого испарение будет продолжаться, потому что температура не сразу опустится ниже точки кипения. Например, от чашки горячего чая еще некоторое время идет пар.

Как быстро остывает после?

Остывание зависит от тех же факторов, что и нагрев: от объема, температуры окружающей среды.

Например, электрочайник, вскипевший за пять минут, будет остывать около двух часов, чтобы дойти до комнатной температуры.

Если объем воды большой, то остывание при прочих равных займет более длительный промежуток времени, а чем холоднее воздух вокруг, тем быстрее охладится и сам кипяток. Его температура будет опускаться до того момента, пока не сравняется с окружающей.

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.

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.

Видео по теме статьи

О кипении жидкости расскажет видео:

Заключение

Хотя с точки зрения физики кипение — далеко не самый сложный процесс, говорить о нем можно долго, так как он связан со множеством факторов, под воздействием которых особенности его протекания несколько отличаются.

Даже общие знания из этой области могут быть полезны и найдут практическое применение, ведь в быту с необходимостью вскипятить воду регулярно сталкивается каждый.

Источник

Про кипение и испарение: физика или химия?

Наш мир живёт по законам, которые легко объяснимы благодаря законам химии и физики. О том, какой именно процесс произошёл с каким-то телом или веществом, можно судить по характеру изменений. А по каким признакам можно узнать, кипение воды – это физическое или химическое явление?

Характеристики явлений

Основным признаком всех физических явлений считается неизменность состава тел. Проще говоря, все вещества, которые участвовали в процессе, по его окончании сохраняют свой первоначальный состав. Изменяться может форма вещества или его агрегатное состояние. Например, состав воды остаётся одним и тем же, будь она в твёрдом, жидком либо парообразном состоянии. При понижении температуры вода может превратиться в лёд, а при повышении – снова перейти в жидкое состояние.

Во время химических реакций происходит превращение одних веществ в другие, и при этом приобретаются новые свойства.

Например, при сжигании бумаги, кроме золы, образуется некоторое количество влаги и углекислого газа. Причём получить бумагу обратно уже невозможно. Также сюда относится ржавление железа. Его реакция с кислородом, входящим в состав воздуха, ведёт к образованию оксида железа, который имеет совсем другие свойства, нежели первоначальный металл.

В отличие от физических явлений, химические протекают с изменением цвета, запаха, температуры, выделением различных газов. Каждое вещество имеет свой состав и обладает какими-то особенными свойствами. Одна из главных задач химии – изучение строения тел, а также особенностей их превращения во время реакций. Очень часто химические реакции осуществляются одновременно с физическими. Поэтому физические свойства тел зависят и от химических реакций, протекающих в них.

Что такое испарение

Процесс парообразования принято называть испарением. Объясняется оно таким образом. При ударах молекул друг о друга их скорость изменяется. Часто она увеличивается до такой степени, что превышает притяжение близлежащих молекул. Это позволяет молекуле, которая передвигается с большой скоростью, отрываться от поверхности. Следует сказать, что процесс парообразования является постоянным, независимо от температуры воздуха.

Молекулы, оторвавшиеся от поверхности, некоторое время находятся над ней в виде пара. Благодаря хаотичному движению определённое их количество может вернуться снова в воду. Поэтому на скорость испарения влияет ветер, который своей силой переносит пар в сторону. В закрытой ёмкости парообразование моментально прекращается, поскольку оторвавшиеся молекулы через определённое время снова попадают в воду.

Поскольку это явление не влияет на изменение состава, можно выразить сомнения относительно распространённого мнения, что испарение воды – это химический процесс. Скорость парообразования зависит также от следующих факторов:

Что такое кипение

Очень интересно происходит также кипение воды. Какое это явление? Его суть заключается в интенсивном парообразовании, происходящем во время повышения температуры жидкости, появлении в ней пара в виде пузырьков, которые, всплывая на поверхность, разрываются. При кипении температура воды не меняется, и этот градус называют температурой кипения.

Поскольку никаких изменений в составе жидкости не происходит, подобное явление считается физическим. Во время парообразования молекулы, отделившиеся от воды, забирают определённое количество внутренней энергии. Это приводит к постепенному охлаждению жидкости.

Кипение воды при пониженном давлении: Видео

Источник

Молекулярная физика. Кипение жидкости.

Кипение — это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре.

В отличие от испарения, которое происходит при любой температуре жидкости, другой вид парообразования — кипение — возможен лишь при совершенно определенной (при данном давлении) температуре — температуре кипения.

При нагревании воды в открытом стеклянном сосуде можно увидеть, что по мере увеличения температуры стенки и дно сосуда покрываются мелкими пузырьками. Они образуются в результате расширения мельчайших пузырьков воздуха, которые существуют в углублениях и микротре­щинах не полностью смачиваемых стенок сосуда.

Пары жидкости, которые находятся внутри пузырьков, являются насыщенными. С ростом температуры давление насыщенных паров возрастает, и пузырьки увеличиваются в размерах. С уве­личением объема пузырьков растет и действующая на них выталкивающая (архимедова) сила. Под действием этой силы наиболее крупные пузырьки отрываются от стенок сосуда и поднимаются вверх. Если верхние слои воды еще не успели нагреться до 100 °С, то в такой (более холодной) воде часть водяного пара внутри пузырьков конденсируется и уходит в воду; пузырьки при этом сокращаются в размерах, и сила тяжести заставляет их снова опускаться вниз. Здесь они опять увеличиваются и вновь начинают всплывать вверх. Попеременное увеличение и уменьшение пузырьков внутри во­ды сопровождается возникновением в ней характерных звуковых волн: закипающая вода шумит.

Когда вся вода прогреется до 100 °С, поднявшиеся вверх пузырьки уже не сокращаются в размерах, а лопаются на поверхности воды, выбрасывая пар наружу. Возникает характерное бульканье — вода кипит.

Кипение начинается после того, как давление насыщенного пара внутри пузырьков сравнивается с давлением в окружающей жидкости.

Во время кипения температура жидкости и пара над ней не меняется. Она сохраняется неизменной до тех пор, пока вся жидкость не выкипит. Это происходит потому, что вся подводимая к жидкости энергия уходит на превращение ее в пар.

Температура, при которой кипит жидкость, называется температурой кипения.

Температура кипения зависит от давления, оказываемого на свободную поверхность жидкос­ти. Это объясняется зависимостью давления насыщенного пара от температуры. Пузырек пара растет, пока давление насыщенного пара внутри него немного превосходит давление в жидкости, которое складывается из внешнего давления и гидростатического давления столба жидкости.

Чем больше внешнее давление, тем больше температура кипения.

Всем известно, что вода кипит при температуре 100 ºC. Но не следует забывать, что это справедливо лишь при нормальном атмосферном давлении (примерно 101 кПа). При увеличении дав­ления температура кипения воды возрастает. Так, например, в кастрюлях-скороварках пищу варят под давлением около 200 кПа. Температура кипения воды при этом достигает 120°С. В воде такой температуры процесс варки происходит значительно быстрее, чем в обычном кипятке. Этим и объясняется название «скороварка».

И наоборот, уменьшая внешнее давление, мы тем самым понижаем температуру кипения. Напри­мер, в горных районах (на высоте 3 км, где давление составляет 70 кПа) вода кипит при температуре 90 °С. Поэтому жителям этих районов, использующим такой кипяток, требуется значительно больше времени для приготовления пищи, чем жителям равнин. А сварить в этом кипятке, например, кури­ное яйцо вообще невозможно, так как при температуре ниже 100 °С белок не сворачивается.

У каждой жидкости своя температура кипения, которая зависит от давления насыщенного пара. Чем выше давление насыщенного пара, тем ниже температура кипения соответствующей жидкости, т. к. при меньших температурах давление насыщенного пара становится равным атмосферному. Например, при температуре кипения 100 °С давление насыщенных паров воды равно 101 325 Па (760 мм рт. ст.), а паров ртути — всего лишь 117 Па (0,88 мм рт. ст.). Кипит ртуть при 357°С при нормальном давлении.

Теплота парообразования.

Теплота парообразования (теплота испарения) — количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу (при постоянном давлении и постоянной температуре) для полного превращения жидкого вещества в пар.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обра­тить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры, называется удельной теплотой парообразования.

Удельную теплоту парообразования обозначают буквой r и измеряют в джоулях на килограмм (Дж/кг).

Количество теплоты, необходимое для парообразования (или выделяющееся при конденса­ции). Чтобы вычислить количество теплоты Q, необходимое для превращения в пар жидкости любой массы, взятой при температуре кипения, нужно удельную теплоту парообразования r ум­ножить на массу m:

При конденсации пара происходит выделение такого же количества теплоты:

Источник

Признаки и показатели, или как понять, что вода закипела

Чтобы приготовить вареную пищу, нужно сначала довести воду до состояния кипения. Но есть еще одна причина для этого. Она может содержать различные микроорганизмы, в том числе вредные для человека.

Чтобы их нейтрализовать, необходимо подвергнуть ее кипячению. Процесс достаточно прост, но необходимо знать некоторые моменты.

Как понять, что вода закипела, расскажет эта статья.

С чего начинается кипение?

Кипение – это процесс перехода воды из жидкого состояния в газообразное.

Для получения кипятка потребуется источник тепла. Это может быть разогретая плита или открытое пламя.

Из спокойного состояния поверхность жидкости переходит в более подвижное. Если посуда прозрачная, можно заметить появление парового налета. Он находится над поверхностью воды.

Как определить, что вода начинает кипеть, когда это происходит? Процесс кипения начинается тогда, когда давление пара, вырабатываемого над поверхностью воды, становится равным внешнему давлению.

Каждое вещество имеет свою температуру при закипании. Для воды — это 100 градусов по шкале Цельсия.

Однако, из этого правила существует исключение. Если атмосферное давление в окружающей среде ниже среднего (т.е. 760 мм ртутного столба), то кипение может начаться при более низкой температуре. Чтобы вскипятить воду на высоте 4500-5000 метров над уровнем моря, достаточно нагреть ее до 83 градусов.

Как выглядит кипящая H2O?

Как узнать, что вода начала кипеть? Во время закипания воды ее поверхность начинает покрываться все большим количеством пузырьков.

При более долгом нахождении на источнике тепла этот процесс становится более бурным. Пузырьки начинают все более увеличиваться в размерах, это сопровождается бурлением поверхности.

Интересный факт: даже если вода будет находиться на огне в состоянии кипения в течение долгого времени, она будет выкипать, пока полностью не испарится. При этом ее температура не увеличится.

H2O, которая была доведена до кипения и сразу снята с огня, не всегда будет считаться безопасной для потребления. Чтобы избавиться от вредных микроорганизмов, емкость с кипящей водой следует держать на огне в течение 10 минут. Только после этого можно быть уверенным в ее стерильности.

В чайнике

Вода, находящаяся в чайнике на огне или плитке, по мере нагревания начинает издавать характерное потрескивание, которое сменяется шипением. На смену ему приходит слабый шум, сопровождающийся выделением пара через носик чайника. Это говорит о том, что вода закипела.

В кастрюле

Кастрюля, в отличие от чайника, более удобна в плане наблюдения за процессом закипания. Здесь своими глазами возможно увидеть все стадии кипения:

Что нельзя считать закипанием?

За кипение очень часто выдают процесс выделения пара, который считается его предшественником. Он называется испарением, при нем мельчайшие молекулы воды покидают ее и оседают на стенках сосуда. Характерные пузыри пара можно наблюдать только при кипении.

Заключение

Кипение воды – это довольно интересный процесс, позволяющий сделать ее безопасной для потребления. Он должен продолжаться не менее 10 минут для истребления вредоносных микроорганизмов.

Температура кипения, как считают многие, не является постоянной и зависит от атмосферного давления. Время закипания можно сократить, применяя кастрюлю меньшего размера либо увеличивая огонь на плите.

Источник

Кипение

Всего получено оценок: 23.

Всего получено оценок: 23.

Из курса физики 8 класса известно, что вещества в обычных условиях могут иметь три агрегатных состояния: твёрдое, жидкое и газообразное. Если переход из жидкого состояния в газообразное происходит по всему объёму жидкости, такой переход называется кипением. Рассмотрим эту тему подробнее, разберём механизм этого физического явления и его особенности.

Кипение жидкости

Главным отличием состояния молекул в жидкости и газе является их разная кинетическая энергия. Молекулы жидкости движутся с относительно небольшими скоростями и находятся близко друг к другу. Молекулы газа движутся значительно быстрее и находятся на больших расстояниях. Следовательно, для перехода в газообразное состояние молекулы должны получить дополнительную тепловую энергию.

Рис. 1. Молекулы в жидкости и в газе

Чем выше температура жидкости, тем большее количество молекул обладают скоростями, достаточными, чтобы оторваться от других молекул и перейти в газ. При некоторой температуре таких «быстрых» молекул оказывается так много, что они всё чаще оказываются рядом, и тогда их энергии хватает, чтобы образовывать пузырёк насыщенного пара внутри слоя жидкости. Пузырёк становится «центром испарения».

Переход жидкости в пар, происходящий одновременно во всем объёме жидкости, называется кипением.

Свойства кипения

Таким образом, кипение начинается тогда, когда давление насыщенного пара сравнивается с давлением внутри жидкости. Из формулы уравнения Менделеева — Клапейрона следует, что это давление растёт с повышением температуры. Если увеличить внешнее давление, то это приведёт к увеличению давления насыщенного пара, следовательно, кипение прекратится. И наоборот, при уменьшении внешнего давления жидкость может начать кипеть даже без подвода к жидкости дополнительного тепла.

Ещё одним свойством рассматриваемого явления является то, что оно возможно лишь тогда, когда температура жидкости достигает определённой точки, называемой «температурой кипения». И в этот момент температура воды перестаёт увеличиваться, несмотря на нагревание. Происходит это потому, что все молекулы, набирающие достаточную энергию, сразу переходят в газ, по всему объёму жидкости. В жидкости остаются только более медленные молекулы с меньшей температурой. Как только эти молекулы «нагреваются», они также покидают жидкость.

Получается, что в процессе кипения вся тепловая энергия, подводимая к жидкости, тратится на образование пара, а не на нагревание жидкости. Каждый килограмм пара для образования требует некоторое количество тепловой энергии, и эта энергия называется удельной теплотой кипения, или парообразования. Для её определения используются справочные таблицы. Температура пара при этом равна температуре жидкости (для воды в нормальных условиях — 100 °С).

Поэтому невозможно довести воду до кипения при нагревании «на водяной бане». Температура в кипящей водяной бане будет равна 100 °С, и она будет такой же, как температура нагреваемой воды. Подвод дополнительного тепла к нагреваемой жидкости прекратится. А для кипения требуется дополнительное тепло. То есть нагревание на водяной бане используется тогда, когда надо максимально приблизиться к кипению жидкости, но не вскипятить её.

Что мы узнали?

Кипение — это переход жидкости в газообразное состояние сразу по всему объёму жидкости. Такой переход начинается тогда, когда давление насыщенного пара сравняется с давлением внутри жидкости. Во время кипения температура жидкости не повышается потому, что всё подводимое тепло уходит на газообразование.

Источник