Что такое процесс кипения

Испарение, кипение, конденсация

что такое процесс кипения
Подробности Категория: Молекулярно-кинетическая теория 09.11.2014 21:08 14307

В жидком состоянии вещество может существовать в определённом интервале температур. При температуре, меньшей нижнего значения этого интервала, жидкость превращается в твёрдое вещество. А если значение температуры превысит верхнюю границу интервала, жидкость переходит в газообразное состояние.

Всё это мы можем наблюдать на примере воды. В жидком состоянии мы видим её в реках, озёрах, морях, океанах, водопроводном кране. Твёрдое состояние воды — лёд. В него она превращается, когда при нормальном атмосферном давлении её температура снижается до 0оС. А при повышении температуры до 100оС вода закипает и превращается в пар, который является её газообразным состоянием.

Процесс превращения вещества в пар называют парообразованием. Обратный процесс перехода из пара в жидкость — конденсация.

Парообразование происходит в двух случаях: при испарении и при кипении.

Испарение

Испарением называют фазовый процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное или парообразное, происходящий на поверхности жидкости.

Как и при плавлении, при испарении веществом поглощается теплота. Она затрачивается на преодоление сил сцепления частиц (молекул или атомов) жидкости.

Кинетическая энергия молекул, обладающих самой высокой скоростью, превышает их потенциальную энергию взаимодействия с другими молекулами жидкости. Благодаря этому они преодолевают притяжение соседних частиц и вылетают с поверхности жидкости.

Средняя энергия оставшихся частиц становится меньше, и жидкость постепенно остывает, если её не подогревать извне.

Так как частицы находятся в движении при любой температуре, то и испарение также происходит при любой температуре. Мы знаем, что лужи после дождя высыхают даже в холодную погоду.

Но скорость испарения зависит от многих факторов. Один из важнейших — температура вещества. Чем она выше, тем больше скорость движения частиц и их энергия, и тем большее их количество покидает жидкость в единицу времени.

Наполним одинаковым количеством воды 2 стакана. Один поставим на солнцепёк, а другой оставим в тени. Через некоторое время увидим, что воды в первом стакане стало меньше, чем во втором. Её нагрели солнечные лучи, и она испарилась быстрее.

Лужи после дождя летом также высыхают гораздо быстрее, чем весной или осенью. В сильную жару происходит быстрое испарение воды с поверхностей водоёмов. Высыхают пруды, озёра, пересыхают русла неглубоких рек.

Чем выше температура окружающей среды, тем выше скорость испарения.

При одинаковом объёме жидкость, находящаяся в широкой тарелке, испарится гораздо быстрее жидкости, налитой в стакан. Это означает, что скорость испарения зависит от площади поверхности испарения. Чем больше эта площадь, тем большее количество молекул вылетает из жидкости в единицу времени.

При одинаковых внешних условиях скорость испарения зависит от рода вещества. Заполним стеклянные колбы одинаковым объёмом воды и спирта. Через некоторое время увидим, что спирта осталось меньше, чем воды. Он испаряется с большей скоростью. Так происходит, потому что молекулы спирта слабее взаимодействуют друг с другом, чем молекулы воды.

Влияет на скорость испарения и наличие ветра. Мы знаем, что вещи после стирки гораздо быстрее высыхают, когда их обдувает ветер. Струя горячего воздуха в фене способна быстро высушить наши волосы.

Ветер уносит молекулы, вылетевшие из жидкости, и обратно они уже не возвращаются. Их место занимают новые молекулы, покидающие жидкость. Поэтому в самой жидкости их становится меньше. Следовательно, она испаряется быстрее.

Сублимация

Испарение происходит и в твёрдых телах. Мы видим, как постепенно высыхает на морозе замёрзшее, покрытое льдом бельё. Лёд превращается в пар. Мы ощущаем резкий запах, образующийся при испарении твёрдого вещества нафталина.

Некоторые вещества вообще не имеют жидкой фазы. К примеру, элементарный иод I2 — простое вещество, представляющее собой кристаллы чёрно-серого цвета с фиолетовым металлическим блеском, при нормальных условиях сразу же превращается в газообразный иод — фиолетовые пары с резким запахом. Тот жидкий йод, который мы покупаем в аптеках, — это не жидкое его состояние, а раствор йода в спирте.

Процесс перехода твёрдых тел в газообразное состояние, минуя жидкую стадию, называют сублимацией, или возгонкой.

Кипение

Кипение — это тоже процесс перехода жидкости в пар. Но парообразование при кипении происходит не только на поверхности жидкости, но и по всему её объёму. Причём процесс этот проходит гораздо интенсивнее, чем при испарении.

Поставим на огонь чайник с водой. Так как в воде всегда есть растворённый в ней воздух, то при нагревании на дне чайника и на его стенках появляются пузырьки. Эти пузырьки содержат воздух и насыщенный водяной пар. Сначала они появляются на стенках чайника.

Количество пара в них увеличивается, увеличиваются в размерах и они сами. Затем под воздействием выталкивающей силы Архимеда они будут отрываться от стенок, подниматься вверх и лопаться на поверхности воды.

Когда температура воды достигнет 100оС, пузырьки будут образовываться уже по всему объёму воды.

Испарение происходит при любой температуре, а кипение — только при определённой температуре, которая называется температурой кипения.

Каждое вещество имеет свою температуру кипения. Она зависит от величины давления.

При нормальном атмосферном давлении вода закипает при температуре 100оС, спирт — при 78 оС, железо — при 2750 оС. А температура кипения кислорода — минус 183 оС.

При уменьшении давления температура кипения снижается. В горах, где атмосферное давление ниже, вода закипает при температуре менее 100 оС. И чем выше над уровнем моря, тем меньшей будет температура кипения. А в кастрюле-скороварке, где создаётся повышенное давление, вода закипает при температуре выше 100 оС.

Насыщенный и ненасыщенный пар

Если вещество может одновременно существовать в жидкой (или твёрдой) фазе и газообразной, то его газообразное состояние называют паром. Пар образуют молекулы, вылетевшие при испарении из жидкости или твёрдого вещества.

Нальём жидкость в сосуд и плотно закроем его крышкой. Через некоторое время количество жидкости уменьшится из-за её испарения. Молекулы, покидающие жидкость, будут концентрироваться над её поверхностью в виде пара. Но когда плотность пара станет довольно высокой, некоторые из них начнут снова возвращаться в жидкость.

И таких молекул будет всё больше и больше. Наконец, настанет такой момент, когда число молекул, вылетающих из жидкости, и число молекул, возвращающихся в неё, сравняется. В этом случае говорят, что жидкость находится в динамическом равновесии со своим паром.

А такой пар называется насыщенным.

Если при парообразовании из жидкости вылетает больше молекул, чем возвращается, то такой пар будет  ненасыщенным. Ненасыщенный пар образуется, когда испаряющаяся жидкость находится в открытом сосуде. Покидающие её молекулы рассеиваются в пространстве. Возвращаются в жидкость далеко не все из них.

Конденсация пара

Обратный переход вещества из газообразного состояния в жидкое называют конденсацией. При конденсации часть молекул пара возвращается в жидкость.

Пар начинает превращаться в жидкость (конденсироваться) при определённом сочетании температуры и давления. Такое сочетание называется критической точкой. Максимальная температура, ниже которой начинается конденсация, называется критическойтемпературой. При температуре выше критической газ никогда не превратится в жидкость.

В критической точке граница раздела фазовых состояний жидкость-пар размывается. Исчезает поверхностное натяжение жидкости, выравниваются плотности жидкости и её насыщенного пара.

При динамическом равновесии, когда число молекул, покидающих жидкость и возвращающихся в неё равно, процессы испарения и конденсации уравновешены.

При испарении воды её молекулы образуют водяной пар, который смешивается с воздухом или другим газом. Температура, при которой такой пар в воздухе становится насыщенным, начинает конденсироваться при охлаждении и превращается в капельки воды, называется точкой росы.

Когда в воздухе находится большое количество водяного пара, говорят, что его влажность повышена.

В природе испарение и конденсацию мы наблюдаем очень часто. Утренний туман, облака, дождь — всё это результат этих явлений. С земной поверхности при нагревании испаряется влага. Молекулы образовавшегося пара поднимаются вверх.

Встречая на своём пути прохладные листики или травинки, пар конденсируется на них в виде капелек росы. Чуть выше, в приземных слоях, он становится туманом. А высоко в атмосфере при низкой температуре остывший пар превращается в облака, состоящие из капелек воды или кристалликов льда.

Впоследствии из этих облаков на землю прольётся дождь или выпадет град.

Но капельки воды при конденсации образуются лишь в том случае, когда в воздухе находятся мельчайшие твёрдые или жидкие частицы, которые называют ядрами конденсации. Ими могут быть продукты горения, распыления, частицы пыли, морской соли над океаном, частицы, образовавшиеся в результате химических реакций в атмосфере и др.

Десублимация

Иногда вещество может перейти из газообразного состояния сразу в твёрдое, минуя жидкую стадию. Такой процесс называется десублимацией.

Ледяные узоры, которые появляются на стёклах в мороз, и есть пример десублимации. При заморозках почва покрывается инеем — тонкими кристалликами льда, в которые превратились водяные пары из воздуха.

Источник: http://ency.info/materiya-i-dvigenie/molekulyarno-kineticheskaya-teoriya/357-isparenie

Кипение — это процесс интенсивного парообразования, который происходит в жидкости. Точка кипения :

что такое процесс кипения

Все, что окружает нас в повседневной жизни, можно представить в виде физических и химических процессов. Мы постоянно производим массу манипуляций, которые выражаются формулами и уравнениями, даже не подозревая об этом. Одним из таких процессов является кипение. Это то явление, которое используют абсолютно все хозяйки во время приготовления пищи. Оно кажется нам абсолютно обыденным. Но давайте взглянем на процесс кипения с точки зрения науки.

Кипение — это что такое?

Еще со школьного курса физики известно, что вещество может быть в жидком и газообразном состоянии. Процесс трансформации жидкости в состояние пара — кипение. Это происходит только при достижении или превышении определенного температурного режима. Участвует в данном процессе и давление, его необходимо обязательно учитывать. У каждой жидкости существует собственная температура кипения, запускающая процесс образования пара.

В этом заключается существенная разница между кипением и испарением, происходящим при любом температурном режиме жидкости.

Как происходит кипение?

Если вы когда-нибудь кипятили воду в стеклянной посуде, то наблюдали за образованием пузырьков на стенках емкости в процессе нагревания жидкости.

Они образовываются благодаря тому, что в микротрещинах посуды скапливается воздух, который при нагревании начинает расширяться. Пузырьки состоят из паров жидкости, находящихся под давлением. Эти пары называют насыщенными.

По мере нагревания жидкости увеличивается давление в пузырьках воздуха и они увеличиваются в размерах. Естественно, что они начинают подниматься наверх.

Но, если жидкость еще не достигла температуры кипения, то в верхних слоях пузырьки охлаждаются, давление снижается и они оказываются на дне емкости, где снова нагреваются и поднимаются вверх. Этот процесс знаком каждой хозяйке, вода будто начинает шуметь.

Как только температура жидкости в верхних и нижних слоях сравнивается, пузырьки начинаются подниматься на поверхность и лопаться — происходит кипение. Это возможно только тогда, когда давление внутри пузырьков становится одинаковым с давлением самой жидкости.

Температура кипения

Как мы уже упоминали, каждая жидкость имеет свой температурный режим, при котором начинается процесс закипания. Причем в течение всего процесса температура вещества остается неизменной, вся выделенная энергия затрачивается на парообразование. Поэтому у нерадивых хозяек сгорают кастрюли — все их содержимое выкипает и начинает нагреваться сама емкость.

Температура кипения находится в прямо пропорциональной зависимости от давления, оказываемого на всю жидкость, точнее, на ее поверхность. В школьном курсе физике указано, что вода начинает кипеть при температуре в сто градусов по Цельсию. Но мало кто помнит, что данное утверждение верно только в условиях нормального давления. За норму принято считать величину в сто один килопаскаль. Если увеличить давление, то кипение жидкости будет происходить при другой температуре.

Это физическое свойство используют производители современных бытовых приборов. Примером может послужить скороварка. Всем хозяйками известно, что в подобных устройствах пища готовится гораздо быстрее, чем в обычных кастрюлях. С чем это связано? С давлением, которое образуется в скороварке. Оно в два раза превышает норму. Поэтому и кипение воды происходит приблизительно при ста двадцати градусов по Цельсию.

Если вы когда-либо были в горах, то наблюдали обратный процесс. На высоте вода начинает закипать при девяноста градусах, что существенно затрудняет процесс приготовления пищи. С этими трудностями хорошо знакомы местные жители и альпинисты, проводящие в горах все свободное время.

Еще немного о кипении

Многие слышали такое выражение, как «точка кипения» и, вероятно, удивились, что мы его не упомянули в статье. На самом деле мы уже его описали. Не спешите перечитывать текст. Дело в том, что в физике точка и температура процесса кипения считаются идентичными.

В научном мире разделение в данной терминологии производится только в случае смешения различных жидких веществ. В такой ситуации определяется именно точка кипения, причем наименьшая из всех возможных. Именно она и берется за норму для всех составных частей смеси.

Вода: интересные факты о физических процессах

В лабораторных опытах физики всегда берут жидкость без примесей и создают абсолютно идеальные внешние условия. Но в жизни все происходит немного иначе, ведь зачастую мы подсаливаем воду или добавляем в нее различные приправы. Какова будет температура кипения в этом случае?

Соленая вода требует более высокой температуры для закипания, чем пресная. Это связано с примесями натрия и хлора. Их молекулы сталкиваются между собой, и на их нагревание требуется значительно более высокая температура. Существует определенная формула, позволяющая вычислить температуру кипения соленой воды. Учтите, что шестьдесят граммов соли на один литр воды, увеличивают температуру кипения на десять градусов.

А может ли кипеть вода в вакууме? Ученые доказали, что может. Вот только температура кипения в этом случае должна достигать предела трехсот градусов по Цельсию. Ведь в вакууме давление составляет всего лишь четыре килопаскаля.

Все мы кипятим воду в чайнике, поэтому знакомы с таким неприятным явлением, как «накипь». Что это такое и почему она образуется? На самом деле все просто: пресная вода имеет разную степень жесткости. Она определяется количеством примесей в жидкости, чаще всего в ней содержатся различные соли. В процессе кипячения они трансформируются в осадок и в больших количествах превращаются в накипь.

Может ли кипеть спирт?

Кипение спирта используется в процессе самогоноварения и называется дистилляцией. Этот процесс напрямую зависит от количества воды в спиртовом растворе. Если взять за основу чистый этиловый спирт, то температура его кипения будет приближена к семидесяти восьми градусам по Цельсию.

Если вы добавляете в спирт воду, то температура кипения жидкости увеличивается. В зависимости от концентрации раствора он будет закипать в промежутке от семидесяти восьми градусов до ста градусов по Цельсию. Естественно, что в процессе кипения спирт превратится в пар за более короткий временной интервал, чем вода.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Super frz в холодильниках что это такое

Источник: https://www.syl.ru/article/300260/kipenie-eto-protsess-intensivnogo-paroobrazovaniya-kotoryiy-proishodit-v-jidkosti-tochka-kipeniya

Температура кипения воды в зависимости от давления: 4 фактора, таблица для расчёта

что такое процесс кипения

› Интересные факты о воде ›

14.02.2020

Многие люди думают, что температура кипения воды составляет 100 градусов Цельсия. Однако этот показатель может меняться в зависимости от атмосферного давления.

Например, на горе Эверест на подъеме 8842 метра над уровнем моря вода закипит при 0°C. А в глубокой шахте при достижении температуры + 103°C

В данной статье мы выясним, как будет меняться температура кипения воды в зависимости от давления: в горах, шахте, вакууме. Рассмотрим особенности процесса кипячения с точки зрения физики и химии.

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°:

  1. Пониженное атмосферное давление (наблюдается в горной местности) – t° уменьшается.
  2. Повышенное атмосферное давление (наблюдается в шахте) – t° наоборот увеличивается.
  3. 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.
  4. 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.

При нормальном атмосферном давлении 760 мм ртутного столба вода кипит при + 100 °C

В горной местности давление уменьшается, а под землей (в шахте) увеличивается.

Для наглядности предоставлена таблица № 1 из большого химического справочника, источник: Волков А. И, Жарский И. В.

Таблица № 1. «Температура кипения воды от давления».

Р, кПа t, С Р, кПа t, С Р, кПа t, С
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.

1 кПа = 1000 Па = 0,00986923 атм = 7, 50062 мм. рт. ст

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:

  1. низкий;
  2. средний;
  3. высокий;
  4. сверхвысокий;
  5. экстремальный;
  6. космическое пространство;
  7. абсолютный.

Температура кипения воды в вакууме зависит от того, какое давление в нём.

Разные виды вакуумов поддерживают разное давление. Например, в низком вакууме давление составляет от 760 до 25 мм. РТ. Ст. В абсолютном вакууме давление полностью отсутствует. Для точного расчета нужно знать модель вакуума и давление, которое он поддерживает.

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 С°  при условиях нормального атм. Давления 760 мм ртутного столба.

Удельная теплоемкость

Удельной теплоемкостью вещества называется количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 кг этого вещества, чтобы его температура изменилась на 1 градус Цельсия.

Это количество теплоты необходимое для нагревания массы вещества на один градус.

формула удельной теплоемкости

С — удельная теплоемкость;

Q — кол-во теплоты;

— масса нагреваемого охлаждающегося вещества;

— ΔT — разность конечной и начальной температур вещества.

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:

  1. Появление небольших пузырьков вдоль стенок сосуда. Их количество стремительно увеличивается.
  2. Массовый подъем пузырьков и увлечения их объема. Помутнение воды, затем «побеление».
  3. 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.

Выводы и рекомендации

Кипячение необходимый процесс для человечества. С помощью него приготавливают пищу, стирают загрязненную одежду, проводят дезинфекцию.

Градус кипения напрямую зависит от давления, свойств воды и емкости.

Подготовлено специалистами www.vodasila.ru

Автор Марюшина Мария

Температура кипения воды в зависимости от давления: 4 фактора, таблица для расчёта Ссылка на основную публикацию

Источник: https://vodasila.ru/o-vode/kak-budet-menyatsya-temperatura-kipeniya-vody

Что такое Кипение

Кипение — 1. Процесс действия по знач. глаг.: кипеть (1).
2. Состояние по знач. глаг.: кипеть (1).
3. перен. Бурное волнение, бурление реки, источника и т.п.
4. перен. Бурное проявление чего-л., душевное волнение, подъём и т.п.

Кипение в Энциклопедическом словаре:

Кипение — интенсивный переход жидкости в пар (парообразование) вследствиеобразования и роста в жидкости пузырьков пара (пузырьковое кипение) илипоявление пленки пара на поверхности нагрева в жидкости (пленочноекипение). Температура кипения Тк при атмосферном давлении называетсяточкой кипения вещества.

Значение слова Кипение по словарю Ушакова:

КИПЕНИЕ
кипения, мн. нет, ср. Действие по глаг. кипеть. Температура кипения. точка кипения (см. точка).

Определение слова «Кипение» по БСЭ:

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. К. начинается, когда при нагреве жидкости давление насыщенного пара над её поверхностью становится равным внешнему давлению. Температура, при которой происходит К.

жидкости, находящейся под постоянным давлением, называется температурой кипения (Ткип). 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 К. температура кипящей жидкости не меняется. С ростом давления Ткип увеличивается (см. Клапейрона — Клаузиуса уравнение). Предельной температурой К.

является Критическая температура вещества. Температура К. при атмосферном давлении приводится обычно как одна из основных физико-химических характеристик химически чистого вещества.
Для поддержания К. к жидкости необходимо подводить теплоту, которая расходуется на парообразование и работу пара против внешнего давления при увеличении объёма паровой фазы (см. Испарение).

Таким образом, кипение неразрывно связано с теплообменом, вследствие которого от поверхности нагрева к жидкости передаётся теплота. Теплообмен при К. — один из видов конвективного теплообмена.
В кипящей жидкости устанавливается определённое распределение температуры (рис. 1): у поверхностей нагрева (стенок сосуда, труб и т.п.) жидкость заметно перегрета (Т > Ткип).

Величина перегрева зависит от ряда физико-химических свойств как самой жидкости, так и граничных твёрдых поверхностей. Тщательно очищенные жидкости, лишённые растворённых газов (воздуха), можно при соблюдении особых мер предосторожности перегреть на десятки градусов без закипания. Когда такая перегретая жидкость в конце концов вскипает, то процесс К. протекает весьма бурно, напоминая взрыв.

Вскипание сопровождается расплескиванием жидкости, гидравлическими ударами, иногда даже разрушением сосудов.
Теплота перегрева расходуется на парообразование, поэтому жидкость быстро охлаждается до температуры насыщенного пара, с которым она находится в равновесии. Возможность значительного перегрева чистой жидкости без К.

объясняется затрудненностью возникновения начальных маленьких пузырьков (зародышей), их образованию мешает значительное взаимное притяжение молекул жидкости. Иначе обстоит дело, когда жидкость содержит растворенные газы и различные мельчайшие взвешенные частицы. В этом случае уже незначительный перегрев (на десятые доли градуса) вызывает устойчивое и спокойное К., так как начальными зародышами паровой фазы служат газовые пузырьки и твердые частицы.

Основные центры парообразования находятся в точках нагреваемой поверхности, где имеются мельчайшие поры с адсорбированным газом, а также различные неоднородности, включения и налеты, снижающие молекулярное сцепление жидкости с поверхностью.

Образовавшийся пузырёк растет только в том случае, если давление пара в нём несколько превышает сумму внешнего давления, давления вышележащего слоя жидкости и капиллярного давления, обусловленного кривизной поверхности пузырька. Для создания в пузырьке необходимого давления пар и окружающая его жидкость, находящаяся с паром в тепловом равновесии, должны иметь температуру, превышающую Ткип. В повседневной практике (при кипячении воды в чайнике и т.п.

) наблюдается именно этот вид К., его называют пузырчатым. Пузырчатое К. происходит при небольшом превышении температуры Т поверхности нагрева над температурой К., т. е. при незначительном температурном напоре
&Delta.Т=Т- Ткип. С увеличением температуры поверхности нагрева число центров парообразования резко возрастает, все большее количество оторвавшихся пузырьков всплывает в жидкости, вызывая ее интенсивное перемешивание. Это приводит к значительному росту теплового потока от поверхности нагрева к кипящей жидкости (росту коэффициента теплоотдачи &alpha.=q/&Delta.T, где q — плотность теплового потока на поверхности нагрева,).Соответственно возрастает и количество образующегося пара.

При достижении максимального (критического) значения теплового потока (qmakc) начинается второй, переходный режим К. При этом режиме большая доля поверхности нагрева покрывается сухими пятнами из-за прогрессирующего слияния пузырьков пара. Теплоотдача и скорость парообразования резко снижаются, т.к. пар обладает меньшей теплопроводностью, чем жидкость, поэтому q и &alpha. резко снижаются.

Наступает кризис К. Когда вся поверхность нагрева обволакивается тонкой паровой пленкой, возникает третий, пленочный, режим К. При нем теплота от раскаленной поверхности передается к жидкости через паровую пленку путем теплопроводности и излучения. Характер изменения q с переходом от одного режима К. к другому показан на. В том случае, когда жидкость не смачивает стенку (например, ртуть, легированную сталь), К. происходит только в плёночном режиме. Все три режима К. можно наблюдать в обратном порядке, когда массивное металлическое тело погружают в воду для его закалки: вода закипает, охлаждение тела идет сначала медленно (пленочное К.), затем скорость охлаждения начинает быстро увеличиваться (переходное К.) и достигает наибольших значений в конечной стадии охлаждения (пузырчатое К.).
Теплоотвод в режиме пузырчатого К. является одним из наиболее эффективных способов охлаждения. он находит применение в атомных реакторах и при охлаждении реактивных двигателей. Широко применяются процессы К. также в химической технологии, пищевой промышленности, при производстве и разделении сжиженных газов, для охлаждения элементов электронной аппаратуры и т.д. Наиболее широко режим пузырчатого К. воды используется в современных паровых котлах на тепловых электростанциях для получения пара с высокими значениями давления и температуры. Плёночное К. в паровых котлах недопустимо, оно может привести к перегреву стенок труб и взрыву котлов.
К. возможно не только при нагревании жидкости в условиях постоянного давления. Снижением внешнего давления при постоянной температуре можно также вызвать перегрев жидкости и её вскипание (за счёт уменьшения температуры насыщения). Этим объясняется, в частности, явление кавитации — образование паровых полостей в местах пониженного давления жидкости (например, в вихревой зоне за гребным винтом теплохода). К. при пониженном давлении применяют в холодильной технике, в физическом эксперименте (см. Пузырьковая камера) и т.д.
Лит.: Кикоин И. К. и Кикоин А. К., Молекулярная физика, М., 1963. Радченко И. В., Молекулярная физика, М., 1965. Михеев М. А., Основы теплопередачи, 3 изд., М. — Л., 1956, гл. 5.Д. А. Лабунцов.

Рис. 1. Распределение температуры в слое кипящей жидкости (толщиной 6 см) при атмосферном давлении.

Рис. 2. Изменение плотности теплового потока q и коэффициента теплоотдачи ( при кипении воды под атмосферным давлением в зависимости от температурного напора &Delta.T=T-Tкип: А — область слабого образования пузырей. Б — пузырчатое кипение. В — переходный режим кипения. Г — стабильное плёночное кипение.

Источник: https://xn----7sbbh7akdldfh0ai3n.xn--p1ai/kipenie.html

Кипение, точка кипения

Жидкость испаряется при любой температуре, процесс испарения происходит со всей открытой ее поверхности. Скорость испарения увеличивается с ростом температуры вещества.

Явление кипения жидкости

Определение 1

Кипением называют процедуру активного образования пара во всем объеме жидкости.

Для получения процесса кипения жидкость должна иметь относительно высокую температуру.

В процессе кипения важную роль играют пузырьки газа, которые имеются в жидкости. Ведут себя эти пузырьки следующим образом:

  1. Они возникают на границе жидкости и твердого тела. Внутри пузырьков находится насыщенный пар жидкого вещества.
  2. С ростом температуры жидкости давление газа в пузырьке повышается, при этом происходит увеличение объема пузырька.
  3. В соответствии с законом Архимеда выталкивающая сила, действующая на пузырек, увеличивается при увеличении его объема.
  4. Создаются условия, при которых сила Архимеда становится равной, а затем и больше, чем сила сцепления пузырька и твердой стенки. В таком случае пузырек будет отрываться от твердой поверхности, всплывать и лопаться. При лопании пузырька происходит выброс пара.
ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Холодильник стинол кто производитель

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Кипение – это фазовый переход первого рода.

Явление возникновения пузырьков можно корректировать, используя:

  • изменение давления;
  • воздействуя на жидкость при помощи волн звука;
  • ионизацией и др.

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 $1000 C$ 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 $105 Па$ 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.

Точка кипения

Определение 2

Температура, при которой начинается процесс кипения вещества, называют точкой кипения.

Если давление увеличивать, то температура кипения растет и наоборот. Воду в плотно закрытом сосуде можно нагреть до температуры, которая будет значительно превосходить $1000$C, не имея процесса кипения.

С другой стороны, поместив воду в герметично закрытый сосуд и откачав из него воздух, можно получить процесс кипения жидкости без ее нагревания, то есть при комнатной температуре.

Так, кипение на разных уровнях жидкости может идти при разных температурах, то есть не существует строго определенной температуры кипения. Температура определена для насыщенного пара над открытой поверхностью жидкости при кипении. Эта температура не связана с тем, как идет процесс кипения на разной глубине. Данная температура определена исключительно внешним давлением.

Замечание 1

Когда говорят о температуре кипения, имеют в виде температуру насыщенного пара над поверхностью жидкости в состоянии кипения.

Перегретая жидкость

Если в жидкости отсутствуют примеси и пузырьки пара, то в тот момент, когда она достигает температуры кипения, в ней пытаются возникнуть пузырьки пара.

При возникновении такого пузырька внутри жидкости, пар в нем является насыщенным по отношению к плоско поверхности вещества и перенасыщенным относительно вогнутой поверхности пузырька. При этом пар пузырька тот час же конденсируется в жидкость, пузырек пропадает.

Этому помогает рост давления на пузырек пара от вогнутой поверхности жидкости, которая ограничивает пузырек. Данное давление тоже пытается раздавить возникший пузырек.

Кипение стартует, если жидкость получит то, что будет вызывать процесс создания пузырьков пара, которые обладали бы достаточно большим радиусом для того, чтобы пар внутри пузырька был не слишком пересыщен, и давление со стороны пузырька не было слишком большим.

Если сквозь перегретую жидкость пропустить заряженную частицу, то она будет ионизировать атомы жидкости на своем пути. Эти атомы станут центрами, во круг которых возникнут пузырьки насыщенного пара. Так, перегретая жидкость будет закипать показывая траекторию перемещения заряженной частицы. Можно сделать фотографию данной траектории.

По подобным фотографиям исследуют движения частиц в разных полях.

Элементарные частицы изучают в жидком водороде.

Приборы, основанные на явлении кипения перегретой жидкости, называют пузырьковыми камерами. Использование пузырьковых камер позволило сделать много открытий в области поиска элементарных частиц.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/kipenie_tochka_kipeniya/

Все самое интересное о температуре закипания 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.

Как происходит процесс кипения воды?

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 Точка росы: определение 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 прямо тут, 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.

Температура кипения воды в вакууме при различном давлении

Давление (P) — кПа Температура (t) — °С
10 45.82
20 60.07
30 69.11
40 75.88
50 81.34
60 85.95
70 89.96
80 93.51

Температура кипения воды в вакууме

Известно, что при нормальном атмосферном давлении вода закивает при температуре 100 градусах C. Нормальное атмосферное давление составляет 101,325 кПа.

При снижении окружающего давления вода закипает и испаряется быстрее. Вакуум – свободное от вещества пространство. Технический вакуум – среда, содержащая газ под давлением, которое значительно ниже атмосферного.

В вакууме остаточное давление составляет примерно 4 кПа. При таком показателе давления точкой кипения воды будет 300 С. Чем выше давление в вакууме, тем больше величина температуры кипения воды.

Температура кипения воды в чайнике

Кипяток – вода, доведенная до температуры кипения. Как правило, для получения кипятка используются чайники. Остывшая вода, прежде доведенная до кипения, называется кипяченой.

В процессе кипения воды обильно выделяется пар. Процесс парообразования сопровождается выделением из состава жидкости свободных молекул кислорода. Чистая пресная вода закипает в чайнике при температуре 100 градусов С.

В кипятке погибает большинство болезнетворных бактерий за счет длительного воздействия высокой температуры на воду. При кипении из солей, содержащихся в жесткой воде, образуется осадок, который известен нам как накипь.

Обычно кипяченую воду применяют для заваривания кофе и чая, а также для дезинфекции овощей и фруктов и т.д.

Хороший способ поправить свое здоровье — это пить минеральную воду. Узнайте больше про щелочные минеральные воды Украины названия которых наиболее известны, насколько они полезны, сколько стоят? !

Какие сейчас цены на насосы для повышения давления воды, и как определить, стоит ли он своих денег? Об этом можно прочитать здесь, сделайте правильный выбор!

Кстати, а вы знаете, какой состав у морской воды? Об этом можно прочитать в статье:
http://pro8odu.ru/vidy-vody/seawater/pochemu-nelzya-pit-morskuyu-vodu.html, это очень интересно!

Температура кипения воды в горах

Как уже упоминалось выше, величина температуры кипения воды напрямую зависит от внешнего давления. Чем ниже будет атмосферное давление, тем меньше станет показатель температуры кипения.

Известно, что атмосферное давление значительно падает над уровнем моря. Поэтому в горах давление будет намного ниже, чем на уровне моря.

Чем выше горы, тем ниже атмосферное давление, и соответственно тем ниже температура кипения воды.

Любой альпинист знает, что в горах сложно заварить чай, поскольку вода недостаточно нагревается. Также в горах требуется больше времени, чтобы сварить пищу.

Поэтому была составлена специальная таблица, отражающая температуру закипания воды в зависимости от высоты.

Температуры кипения воды на разных высотах

Высота над уровнем моря (метры) Температура закипания воды (0С)
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 83.8
6000 80

Данные показатели могут меняться, если в состав воды входят примеси. При наличии нелетучих примесей температура кипения воды будет увеличиваться.

Температура кипения дистиллированной воды

Дистиллированная вода – это очищенная вода H2O, в которой практически не содержится каких-либо примесей. Обычно ее используют в медицинских, технических или исследовательских целях.

Дистиллированная вода не предназначена для питья или приготовления пищи. Такую воду производят в специальном оборудовании – дистилляторах, где происходит выпаривание пресной воды и последующая конденсация пара.

Данный процесс называется «дистилляция». После дистилляции все присутствовавшие в воде примеси остаются в выпаренном остатке.

Температура кипения дистиллированной воды будет такой же, как и у обычной водопроводной воды — 100 градусов Цельсия. Разница же заключается в том, что дистиллированная вода будет закипать быстрее по времени, нежели пресная.

Однако этот показатель практически не отличается от времени закипания обычной воды: разница состоит в считанных долях секунды.

Удельная теплота кипения воды

Удельная теплота кипения воды или парообразования – это физическая величина, отражающая количество теплоты, необходимое для превращения 1 л кипящей воды в пар.

Процесс кипения воды, как и любого другого вещества, происходит с поглощением теплоты. Значительная часть проводимой теплоты необходима для разрыва связей между молекулами воды.

Другая часть теплоты расходуется на процессы, происходящие при расширении пара. В результате поглощения теплоты увеличивается энергия взаимодействия между частицами пара.

Эта энергия становится больше энергии взаимодействия молекул воды. Таким образом, при одинаковой температуре внутренняя энергия пара становится выше внутренней энергии жидкости.

Единица удельной теплоты парообразования в системе СИ: [ L] = 1 Дж/кг.

Удельная теплота испарения воды равна 2260 кДж/кг.

Небольшое видео — измерение температуры кипения воды:

Источник: http://pro8odu.ru/svojstva-vody/temperatura-vody/temperatura-kipeniya-vody.html

определение кипение. Что означает слово кипение?

Кипение — это переход от жидкого к газообразному, являющийся эндотермическим физическим явлением, представляющим интерес для дисциплин физики и химии. Примером кипения является кипяток.

Точка кипения — это температура, при которой начинают кипеть определенные жидкости. Точки кипения чистых жидкостей известны. Например, точка кипения чистой воды на уровне моря составляет 100 градусов по шкале Цельсия и 212 градусов по Фаренгейту.

Кипение — это также образование газов в процессе брожения.

В переносном смысле слово кипение также соответствует началу растерянности или большого энтузиазма.

Как, например: «Манифестация прошла мирно, пока насильственные действия не привели всех в кипение». В самом позитивном смысле слова «танцпол закипел» можно заменить кипячением, как и «он кипел на дорожке».

Среди синонимов кипения у нас есть слова кипение, брожение, вспенивание, беспокойство, эйфория и возбуждение.

Кипение, испарение и нагрев

Кипение, испарение и нагрев — три процесса испарения, которые являются переходом от физического к газообразному состоянию.

Кипение — это быстрое изменение состояния, и оно характеризуется образованием мелких пузырьков на поверхности жидкости.

Нагревание — самое быстрое прохождение трех процессов. Например, когда капля воды касается горячей металлической поверхности, такой как кухонная плита.

Испарение является самым медленным из процессов, и происходит при постоянном давлении, которое воздействует на молекулы воды, которые постепенно переходят в состояние газа. Происходит при температуре ниже точки кипения.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как выбрать винный шкаф

Узнайте больше о значениях испарения, испарения и нагрева.

Конденсация, однако, происходит, когда охлажденный пар превращается в жидкость, в процессе изменения физического состояния в отличие от испарения. Как, например, когда вокруг ледяной емкости образуются капли воды.

Кипячение и фьюзинг

Кипение — это переход из жидкого в газообразное состояние, в то время как плавление переходит из твердого состояния в жидкое. Вода, например, переходит в состояние слияния, когда она переходит из льда в жидкость.

Температура плавления воды составляет 0 градусов по Цельсию.

Противоположностью слияния является затвердевание, когда вещество переходит из жидкого состояния в твердое.

Точка кипения молока

Молоко не является чистой жидкостью, поэтому оно не имеет идеальной точки кипения. Но его процесс кипения приближается к 100 градусам Цельсия, так как он в основном состоит из воды.

Жир и некоторые белки, содержащиеся в молоке, образуют тонкий слой, когда они находятся выше 60 градусов, так называемые сливки. Этот крем предотвращает переливание пузырьков пара, образующихся при кипячении воды, на поверхность жидкости, что приводит к их расширению до края емкости, что приводит к разливу молока.

Источник: https://ru.basicdefinitions.org/1030-boiling

Режимы кипения жидкостей – пузырьковое и пленочное кипение

Кипением называется процесс парообразования в толще жидкости. Кипение начинается тогда, когда температура внутри жидкости оказывается выше температуры насыщения (кипения) при данном давлении. Если в жидкость погружена некоторая поверхность нагрева, температура которой выше температуры насыщения при данном давлении, то на ней возникает процесс парообразования.

Величина перегрева жидкости в момент вскипания по сравнению с температурой насыщения при данном давлении над плоскостью зависит от наличия тех или иных потенциальных центров парообразования (микровпадины, микропузырьки газа, искусственные неоднородности на поверхности нагрева и т.п.). Эти эффекты имеют значение при малых плотностях теплового потока.

Если вся жидкость значительно перегрета против температуры насыщения (например, в результате сброса давления), то паровые пузыри образуются по всей ее толще – жидкость вскипает во всем занимаемом ею объеме.

В зависимости от плотности теплового потока, подводимого к жидкости от поверхности нагрева, на последней возникают отдельные паровые пузыри (пузырьковое кипение) или образуется сплошной слой пара (пленочное кипение).

Пузырьковое кипение

При пузырьковом кипении жидкость непосредственно омывает поверхность нагрева, причем ее пограничный слой интенсивно разрушается (турбулизуется) возникающими паровыми пузырями.

Кроме того, всплывающие пузыри увлекают из пристенного слоя в ядро потока присоединенную массу перегретой жидкости, что создает интенсивный перенос теплоты от поверхности нагрева к общей массе кипящей жидкости.

Следствием этого является высокая интенсивность теплоотдачи при пузырьковом кипении, возрастающая с увеличением числа действующих центров парообразования и количества образующегося пара.

Пленочное кипение

При пленочном кипении жидкость отделена от поверхности нагрева слоем пара, с внешней стороны которого время от времени отрываются и всплывают крупные пузыри. Вследствие относительно малой теплопроводности парового слоя интенсивность теплоотдачи при пленочном кипении существенно меньше, чем при пузырьковом.

Пленочное кипение жидкости

Условия возникновения и перехода от одного режима к другому

Возникновение того или иного вида кипения определяется плотностью теплового потока у поверхности нагрева, ее физическими свойствами (в частности смачиваемостью), физическими свойствами жидкости и гидродинамическим режимом потока в целом. Таким образом приходится говорить о существовании двух критических плотностях теплового потока.

Первая критическая плотность теплового потока – при которой происходит переход от пузырькового кипения к пленочному, вторая – при которой происходит разрушение сплошного парового слоя и восстановление пузырькового режима кипения.

В области значений плотности теплового потока, лежащих между двумя этими критическими значениями возможно устойчивое существование обоих режимов кипения или даже их длительное совместное сосуществование на разных частях одной и той же поверхности нагрева.

Паровая пленка обычно возникает в отдельных местах поверхности нагрева при достижении значений теплового потока выше критического и далее с конечной скоростью распространяется по всей поверхности нагрева.

Аналогично при снижении теплового потока до значений меньше критического, происходят локальные разрушения пленки с последующим распространением пузырькового кипения на всю поверхность нагрева.

На поверхностях нагрева, обедненных центрами парообразования, процесс кипения имеет нестабильный характер, а интенсивность теплообмена колеблется между условиями конвекции однофазного потока и развитого пузырькового кипения. При этом возможен непосредственный переход от однофазной конвекции жидкости к режиму пленочного кипения.

Применение в теплообменной технике

Изучение условий, при которых возникают различные режимы кипения необходимо для расчета теплообменников, используемых в качестве испарителей. При появлении пленочного режима кипения эффективность работы испарителя падает и температура охлаждаемой среды на выходе из теплообменника оказывается выше заданной. Поэтому при расчете и подборе таких аппаратов очень важным является определение плотности тепловых потоков между двумя средами.

Источник: http://www.teploobmenka.ru/oborud/plenochnoe-i-puzyrkovoe-kipenie/

Кипение воды: почему, как и когда

Кипение воды — довольно обыденный, но от этого не менееинтересный процесс. В этой статье опишем:

  • почему вода кипит;
  • как ведёт себя закипающая вода и откуда появляются хлопки перед закипанием;
  • сколько градусов составляет кипящая вода;
  • какая вода закипит быстрее: соленая или пресная и от чего это зависит.

Механизм кипения

Кипение — процесс парообразования, то есть перехода веществаиз жидкой фазы в газообразную. От испарения кипение отличается тем, что процесспарообразования происходит не только на поверхности, но и по всему объёмужидкости. И если испарение происходит при любой температуре, то кипение — пристрого определенной температуре (которая называется температурой кипения) идавлении.

Что же происходит с водой при кипячении?

Для того чтобы жидкость закипела, нужно чтобы ей было кудаиспаряться (так называемые центры кипения). Конечно, жидкость может испарятьсяс поверхности, но этот процесс не является кипением. Для кипения необходимочто-то, куда жидкость могла бы испаряться внутри своего объёма — пустоепространство. Как правило, это растворённый в жидкости воздух, которыйрасполагается, например, в мельчайших неровностях тары. Также часто пузыривоздуха находятся в порах накипи в чайнике.

Итак, мы имеем воду и растворенные в ней пузырьки (помимовоздуха, там находится насыщенный пар, поскольку в этот пузырёк происходитиспарение). Что происходит при нагревании? При увеличении температурыувеличивается объём пузырьков. Под действием силы Архимеда (которая гласит, чтона тело, погружённое в жидкость действует выталкивающая сила, равная весуобъёма жидкости, вытесненного телом) они отрываются от внутренней поверхностисосуда и начинают всплывать.

Всплывая, пузырек попадает в верхние слои жидкости, которыеещё недостаточно прогрелись. В результате этого давление в пузырьке падает, ион схлопывается. В этом случае слышатся характерные щелчки, называемыекавитационными. Их слышно, когда вода только начинает закипать, но ещё невскипела.

Когда все слои жидкости достаточно прогреются, пузырькиперестают схлопываться и всплывать на поверхность. Вода начинает булькать.

Существует такое понятие, как перегретая вода. Это такое еесостояние, когда она достигла температуры кипения, но не может закипеть в связис отсутствием центров кипения (такое бывает с очень чистой водой). Вызватькипение этой воды можно поместив в неё какое-либо тело, например, ложку вкастрюлю, или насыпав туда сахар.

Еще одно интересное свойство воды — это кипение без нагрева.Как вызвать кипение воды, не нагревая ее? Нужно понизить давление пара (например,откачать из плотно закрытой тары воздух).

Температура закипания воды

Температура кипения характерна для каждого вещества изависит не только от вида жидкости, но и от атмосферного давления воздуха. Впроцессе кипения температура воды остаётся постоянной и равняется температурекипения, поскольку вся энергия затрачивается на парообразование.

В нормальных условиях точка кипения воды составляет 100градусов Цельсия или 212 градусов по Фаренгейту.

Как изменить температуру кипения

В некоторых случаях возникает необходимость изменитьтемпературу кипения воды. Можно как понизить, так и повысить ее.

Влияние давления

Интересно проследить процесс кипения воды в зависимости отвысоты над уровнем моря.

При температуре кипения давление насыщенного пара равняетсявнешнему (то есть атмосферному давлению). Следовательно, изменяя внешнеедавления, можно влиять на температуру кипения. Изменить давление можно,например, поднявшись высоко в горы. Атмосферное давление станет ниже, чем вобычной ситуации. И температура кипения воды станет ниже.

На вершине Эвереста давление настолько низкое, что водазакипает при 60 градусах. При такой температуре уже невозможно готовить,поэтому для питания в горах берут с собой готовую пищу.

Можно не только понижать, но и повышать температуры кипенияводы. Для этого используют специальные приспособления. Например, для этой целипредназначена посуда, которая в быту называется скороваркой. Представляет онаиз себя кастрюлю с толстыми стенками и плотно прилегающей крышкой. В крышке имеетсяклапан с грузиком, выпускающий лишний пар.

В закрытом сосуде давление будет складываться изатмосферного давления и давления пара, который находится над жидкостью. Такимобразом, общее внешнее давление станет больше и это позволит поднятьтемпературу кипения. Однако слишком высоко поднимать давление опасно, посколькуэто может вызвать разрыв тары. Чтобы это предотвратить и существует клапан,который выпускает лишний пар, когда давление становится слишком высоким.

Есть подобное устройство, которое позволяет нагреватьжидкость ещё сильнее чем в скороварке. На профессиональном языке это устройствоназывается автоклав. Чаще всего его используют для стерилизации.

Кипение соленой воды

Согласно второму закону Рауля соленая вода (в том числеморская, а также минеральная вода) должна кипеть при более высокой температуречем пресная. Происходит это по ряду причин. Упрощенно эту теорию можнообъяснить так: в соленой жидкости молекулы h2o связываются с ионами соли.

Этотпроцесс называется гидратацией. В результате этого процесса образуются крепкиесвязи, которые сильнее, чем связи между молекулами воды в несоленой жидкости.

Поэтому молекулам солёной воды нужна большая температура (и соответственнобольше времени) на закипание, чем молекулам пресной воды.

Температура пара

В обычных условиях температура пара равняется температуреводы. Как мы уже выяснили, температура кипящей воды — это постоянная величина,поскольку вся энергия расходуется на парообразование и более сильного нагрева,чем температура кипения, не происходит.

Температура пара равняется температуреводы, поскольку ничего его более не нагревает. А вот если нагреть пар отдельноот воды, то температура его повысится, и мы получим так называемый перегретыйпар.

Перегретый пар становится невидим и может быть очень опасен длячеловеческого здоровья.

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия нагретого водяного пара активноиспользуется в промышленности. В частности, на основе энергии пара работаеттакое устройство как паровая турбина. Она представляет собой насаженный на валмассивный диск, на котором закреплены лопасти.

На эти лопасти поступает пар,нагретый в паровом котле и имеющий температуру около 600 градусов. Этот паррасширяется в сопло, происходит превращение его внутренней энергии вкинетическую энергию направленного движения.

Струя пара, обладающая большойкинетической энергией поступает из сопло на лопасти турбины, приводя турбину вовращение.

Уменьшение времени приготовления пищи

Для того чтобы уменьшить время приготовления пищи,достаточно увеличить температуры кипения жидкости. А как это можно сделать,выше уже было сказано. Отлично для этого подойдут такие популярные кухонныепринадлежности как скороварка и мультиварка.

Каждое из этих устройств плотнозакрывается крышкой, что позволяет увеличить давление и температуру кипения. Аспециальный клапан удалит излишки пара.

Необходимо понимать, что клапан ни вкоем случае нельзя закрывать, поскольку это может вызвать разрыв посуды.

Использование кипячения как метода очистки

Кипячение является популярным методом очистки воды. Однаконужно понимать, что далеко не все бактерии и примеси уничтожаются при обычныхста градусах. Поэтому в очистке воды не стоит полагаться на одно толькокипячение.

Кроме того, кипячение длительное время являлось основнымметодом стерилизации медицинских инструментов. И для этой цели кипячение принормальных условиях не является эффективным.

Кипячение можно использовать для очистки предметов (в томчисле посуды, кухонных поверхностей) от загрязнений. Кипяток хорошо расплавляетмногие вещества. Какие же вещества можно расплавить в кипящей воде? Всевещества, имеющие температуру плавления ниже 100 градусов Цельсия. А это, вчастности, многие жиры.

Источник: https://VodaVoMne.ru/svojstva-vody/kipenie-vody

Признаки и показатели, или как понять, что вода закипела

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.

В лабораторных условиях ученые добились закипания при температуре замерзания. Для этого пришлось понизить уровень атмосферного давления до 4,5 мм ртутного столба.

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.

Воду сразу снимать с огня не следует, для стерилизации ее необходимо кипятить 10-15 минут. После этого чайник можно убрать с плиты.

В кастрюле

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

  • легкое подрагивание – за счет образования на дне мелких пузырьков;
  • закипание – пузырьки начинают понемногу двигаться кверху, образуя струйки, и пока их совсем немного;
  • медленное кипение – пузырьки продолжают подниматься к поверхности и увеличиваются в своих размерах;
  • бурное кипение – в большом объеме выделяется пар, бурление воды интенсивное и не прекращающееся при помешивании.

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: https://o-vode.net/kakaya-byvaet/kipyachenaya/kak-ponyat-chto-zakipela

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Дом холодильников
Что делать если холодильник не охлаждает

Закрыть