Просто о сложном: все о кипении воды в чайнике, температуре и других нюансах процесса

Испарение в промышленности и быту

Вот лишь несколько примеров использования испарения в промышленности.

• Испарения применятся при создании охладителей для двигателей и ядерных реакторов.
• При сушке различных вещей: от одежды до промышленного сырья.
• При кондиционировании и очищении воздуха.
• При очистке разных веществ на молекулярном уровне.
• Во время готовке на пару в кулинарии.
• При охлаждении воды.

Промышленная техника, работающая на основе процессов испарения, конструируется по одному и тому же принципу: в ней всегда максимально увеличена площадь поверхности жидкости, чем обеспечивается наиболее оптимальный теплообмен с газовой средой.

Механизм кипения

Кипение — процесс парообразования, то есть перехода вещества из жидкой фазы в газообразную. От испарения кипение отличается тем, что процесс парообразования происходит не только на поверхности, но и по всему объёму жидкости. И если испарение происходит при любой температуре, то кипение — при строго определенной температуре (которая называется температурой кипения) и давлении.

Что же происходит с водой при кипячении?

Для того чтобы жидкость закипела, нужно чтобы ей было куда испаряться (так называемые центры кипения). Конечно, жидкость может испаряться с поверхности, но этот процесс не является кипением. Для кипения необходимо что-то, куда жидкость могла бы испаряться внутри своего объёма — пустое пространство. Как правило, это растворённый в жидкости воздух, который располагается, например, в мельчайших неровностях тары. Также часто пузыри воздуха находятся в порах накипи в чайнике.

Итак, мы имеем воду и растворенные в ней пузырьки (помимо воздуха, там находится насыщенный пар, поскольку в этот пузырёк происходит испарение). Что происходит при нагревании? При увеличении температуры увеличивается объём пузырьков. Под действием силы Архимеда (которая гласит, что на тело, погружённое в жидкость действует выталкивающая сила, равная весу объёма жидкости, вытесненного телом) они отрываются от внутренней поверхности сосуда и начинают всплывать.

Всплывая, пузырек попадает в верхние слои жидкости, которые ещё недостаточно прогрелись. В результате этого давление в пузырьке падает, и он схлопывается. В этом случае слышатся характерные щелчки, называемые кавитационными. Их слышно, когда вода только начинает закипать, но ещё не вскипела.

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

Существует такое понятие, как перегретая вода. Это такое ее состояние, когда она достигла температуры кипения, но не может закипеть в связи с отсутствием центров кипения (такое бывает с очень чистой водой). Вызвать кипение этой воды можно поместив в неё какое-либо тело, например, ложку в кастрюлю, 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).

Видоизменения фаз

Видоизменение твердого состояния до состояния жидкого имеет название плавление. Смена жидкой фазы на газообразную представляет собой испарение. Если же вещество из твердого переходит в газообразное – этот процесс называется сублимацией. Если говорить об обратных процессах, то следует знать о таких процессах как: затвердевание, кристаллизация, конденсация и де — сублимация.

Вода

Водой или по-другому оксидом водорода называют химическую формулу H2O. Это молекула, состоящая из трех атомов, два водорода и один кислорода. Соединяются они ковалентной связью. Вода в своем нормальном представлении является жидкостью, которая абсолютно прозрачная, не пахнет и не имеет никаких вкусовых свойств. Как показывает диаграмма, в газообразном состоянии вода переходит в фазу водяного пара. Она покрывает более 70% нашей планеты и представлена в озерах, реках, морях, океанах и т.д. Подразделяется на пресноводную и соленую, причем второй вариант не пригоден для питья. Ее роль настолько важна, что жизнь без воды просто не может существовать, от нее зависят погодные условия и климатические пояса планеты.

График подачи горячей воды в квартиру

Для того, чтобы доставить потребителю оптимальное ГВС, ТЭЦ должны отправлять ее максимально горячей. Теплотрассы всегда настолько длинные, что их протяженность можно измерять в километрах, а протяженность по квартирам измеряется и вовсе в тысячах квадратных метров. Какой бы ни была теплоизоляция труб, тепло теряется по пути к пользователю. Поэтому необходимо нагреть воду максимально.

Выглядит это так:

Температура кипения	Давление
100	1
110	1,5
119	2
127	2,5
132	3
142	4
151	5
158	6
164	7
169	8

Подача горячей воды в зимнее время года должна быть непрерывной. Исключения из этого правила составляют аварии на теплоснабжения. Отключить горячее водоснабжение могут только в летний период для профилактических работ. Такие работы проводятся как в системах теплоснабжения закрытого типа, так и в системах открытого типа.

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.

Чтобы приготовить различные вкусные блюда, часто необходима вода, и, если ее нагревать, то она рано или поздно закипит. Каждый образованный человек при этом знает, что вода начинает кипеть при температуре, равной ста градусам Цельсия, и при дальнейшем нагревании ее температура не меняется. Именно это свойство воды используется в кулинарии. Однако далеко не всем известно, что это бывает не всегда так. Вода может закипать при разной температуре в зависимости от условий, в которых она находится. Давайте попробуем разобраться, от чего зависит температура кипения воды, и как это нужно использовать.

При нагревании температура воды приближается к температуре кипения, и по всему объему образуются многочисленные пузырьки, внутри которых находится водяной пар. Плотность пара меньше, чем плотность воды, поэтому сила Архимеда, действующая на пузырьки, поднимает их на поверхность. При этом объем пузырьков то увеличивается, то уменьшается, поэтому закипающая вода издает характерные звуки. Достигая поверхности, пузырьки с водяным паром лопаются, по этой причине кипящая вода интенсивно булькает, выпуская водяной пар.

Температура кипения в явном виде зависит от давления, оказываемого на поверхность воды, что объясняется зависимостью давления насыщенного пара, находящегося в пузырьках, от температуры. При этом количество пара внутри пузырьков, а вместе с этим и их объем, увеличиваются до тех пор, пока давление насыщенного пара не будет превосходить давление воды. Это давление складывается из гидростатического давления воды, обусловленного гравитационным притяжением к Земле, и внешнего атмосферного давления. Поэтому температура кипения воды увеличивается при возрастании атмосферного давления и уменьшается при его уменьшении. Только в случае нормального атмосферного давления 760 мм.рт.ст. (1 атм.) вода кипит при 100 0 С. График зависимости температуры кипения воды от атмосферного давления представлен ниже:

Из графика видно, что если увеличить атмосферное давление до 1,45 атм, то вода будет кипеть уже при 110 0 С. При давлении воздуха 2,0 атм. вода закипит при 120 0 С и так далее. Увеличение температуры кипения воды может быть использовано для ускорения и улучшения процесса приготовления горячих блюд. Для этого изобрели скороварки – кастрюли с особой герметично закрывающейся крышкой, снабженные специальными клапанами для регулирования температуры кипения. Из-за герметичности давление в них повышается до 2-3 атм., что обеспечивает температуру кипения воды 120-130 0 С. Однако при этом нужно помнить, что использование скороварок сопряжено с опасностью: пар, выходящий из них, имеет большое давление и высокую температуру. Поэтому нужно быть максимально осторожными, чтобы не получить ожог.

Обратный эффект наблюдается, если атмосферное давление понижается. В этом случае температура кипения тоже уменьшается, что и происходит при увеличении высоты над уровнем моря:

В среднем, при подъеме на 300 м температура кипения воды уменьшается на 1 0 С и достаточно высоко в горах опускается до 80 0 С, что может привести к некоторым трудностям в приготовлении еды.

Если же дальше уменьшать давление, например, откачивая воздух из сосуда с водой, то при давлении воздуха 0,03 атм. вода будет кипеть уже при комнатной температуре, и это достаточно необычно, так как привычная температура кипения воды – 100 0 С.

Процесс кипения – подразумевает в себе переход жидкого вещества в состояние газообразного. Разница между испарением будет в том, что случается это при взаимосвязи с определенными показателями, куда входят не только показатели температуры, но и давления. Быстрота наступления кипения находится целиком во взаимосвязи с молекулами, которые от нагрева начинают чаще сталкиваться друг с другом. Если взять обычные условия, то температурой кипения считается нагревание в 100 градусов Цельсия, но на самом деле это диапазон величин, который зависит, как от непосредственно жидкости, а также давления снаружи и внутри воды. Если обобщить, то этот диапазон имеет величины от 70, на очень высокой горе, до 110, если находится ближе к уровню моря.

За какое время?

Время закипания жидкости зависит сразу от нескольких факторов:

• объема;
• конструкции и материала емкости;
• типа нагревателя и его характеристик;
• исходной температуры;
• сырая или кипяченая вода находится в чайнике;
• атмосферного давления;
• присутствие накипи на внутренних стенках;
• наличия растворенных солей.

Обычный 2-х-литровый чайник на газовой конфорке справится с задачей в среднем за 15 минут. Стандартная электрическая модель потратит на эту процедуру примерно такой же период времени. Более совершенный электрочайник с мощной нагревательной встроенной поверхностью вскипит за 3-5 минут.

Современные водонагревательные приборы, такие как, кулеры, превращают холодную воду в кипяток мгновенно. Благодаря им чай, кофе и другой горячий напиток можно получить моментально.

Как влияет давление на процесс закипания воды

Давление (и атмосферное, и внутри жидкости) может существенно повлиять на процесс парообразования. Так, температурой кипения воды на высокой горе является 70°С, что значительно осложняет готовку. Чтобы приготовить пищу на высоте, требуется намного больше времени, поскольку, как это не парадоксально, закипевшая жидкость не будет достаточно горячей. Сварить куриное яйцо не получится совсем. Невозможно и приготовление мясных блюд.

Точка кипения воды на морском побережье — 100°С. При подъёме в гору, через каждые пройденные три сотни метров температура кипения будет уменьшаться на 1°С. Вследствие этого, жителям горных районов рекомендуется использовать автоклавы, чтобы жидкость получалась достаточно горячей. Это стоит помнить не только домохозяйкам, но и служащим лабораторий. Ведь все знают, что для стерилизации продуктов и инструментов необходимы более 100°С. Иначе оборудование не будет стерильным, ведь некоторые микробы являются термостойкими, и может принести в дальнейшем множество осложнений.

Уже доказано, что повышение температуры кипения может существенно сократить время, требующееся для приготовления еды, что очень важно в наш прогрессивный век. Чтобы повысить данный показатель, надо применять герметично закрывающуюся ёмкость

Оптимальным выбором будут скороварки, в которых крышка не пропускает пар, увеличивая внутреннее давление. В процессе нагрева образуется пар, но, поскольку он не может попасть наружу, он конденсируется на внутренней стороне крышки. Это приводит к заметному повышению давления внутри сосуда. В автоклавах давление равняется 1-2 атмосферы, из-за этого жидкость в них начинает кипеть при 120-130°C

Чтобы повысить данный показатель, надо применять герметично закрывающуюся ёмкость. Оптимальным выбором будут скороварки, в которых крышка не пропускает пар, увеличивая внутреннее давление. В процессе нагрева образуется пар, но, поскольку он не может попасть наружу, он конденсируется на внутренней стороне крышки. Это приводит к заметному повышению давления внутри сосуда. В автоклавах давление равняется 1-2 атмосферы, из-за этого жидкость в них начинает кипеть при 120-130°C.

Наибольшая возможная температура кипения воды пока учёными не обнаружена. Это обусловлено её способностью расти до поры, пока атмосферное давление не достигнет своего предела. Паровые турбинные установки подогревают воду до 400°С, но при этом она не кипит, а давление сохраняется в пределах нескольких десятков атмосфер. Аналогичные данные были получены при проведении исследований на больших океанических глубинах.

Кипение – процесс изменения агрегатного состояния вещества. Когда мы говорим о воде, то имеем в виду изменение жидкого состояния в парообразное

Важно отметить, что кипение – это не испарение, которое может протекать даже при комнатной температуре. Также не стоит путать с кипячением, что является процессом нагревания воды до определенной температуры

Теперь, когда мы разобрались с понятиями, можно определить, при какой температуре кипит вода.

Влажность воздуха: испарение и конденсация

Такие процессы, как испарение и конденсация, становятся более логичными и простыми, если их рассмотреть на примере влажности воздуха.

Влажность воздуха говорит нам о том, сколько в воздухе содержится водяного пара. Любое количество пара в воздух не запихнешь, поэтому, во-первых, его там очень мало, а во-вторых, при избыточном количестве водяного пара происходит конденсация — это когда образуется роса.

Допустим, зимой при температуре −20 градусов в 1 литре воздуха содержится 1 миллиграмм пара. Относительная влажность в таком случае равна 100% — испарения не будет, больше пара в этот воздух уже не запихнешь. Но если мы тот же воздух поместим в помещение с температурой +20 градусов, то в него может испариться уже до 17 миллиграмм пара. Значит, что его влажность будет равна 1/17 = 6%. Человеку комфортнее всего находиться при значении влажности 40–50%.

Как влажность влияет на человека

Для человека влажность очень важна, потому что мы состоим из воды на 90%. Если окружающей среде нечего испарять, она будет испарять нас. Поэтому при низкой влажности мы чувствуем сухость во рту, а при высокой — волосы впитывают влагу, разбухают и начинают виться. На этом принципе построены некоторые гигрометры — приборы для измерения влажности. Они так и называются — волосяные гигрометры. Только внутри не человеческий волос, а конский, но принцип от этого не меняется.

При высокой влажности холод и тепло воспринимаются более чувствительно. Это связано с потливостью человека при высокой температуре. Такой механизм помогает нам бороться с жарой, но при высокой влажности пот не может испариться. При испарении пота мы теряем избыточное тепло, а в данном случае этого не происходит.

При низкой влажности происходит нечто похожее. Как ни странно, в мороз мы тоже потеем (намного меньше, но все-таки это происходит). Если влажность на улице низкая, то пот испарится из-под куртки и нам будет комфортно, а при высокой влажности — он там задержится и будет проводить тепло наружу, забирая у нас драгоценные Джоули тепла. Поэтому зимой в Петербурге холоднее, чем в Москве.

Влажностью можно управлять. Существуют мешочки с шариками адсорбентами, которые кладут в коробки с обувью, чтобы впитать лишнюю влагу. Чтобы окна не запотевали, можно насыпать в рамы соль, которая также впитает влагу. А если вам наоборот нужно больше влаги — берем увлажнитель воздуха (классная вещь!): он добавляет в воздух водяной пар.

Что собой представляет процесс кипения

Кипение – довольно сложный процесс, состоящий из четырёх стадий:

• Первая стадия
  характеризуется появлением маленьких пузырьков воздуха, которые появляются как на поверхности жидкости, так и сбоку. Их возникновение – это результат расширения воздушных пузырьков, находящихся в микроскопических трещинах ёмкости.
• Во время второй стадии
  можно увидеть, что пузырьки увеличиваются в объёме и всё большее их количество оказывается сверху. Это явление объясняется повышением температуры, при которой давление на пузырьки возрастает. Благодаря архимедовой силе они оказываются на поверхности. Если она не успела прогреться до температуры кипения (100˚С), то пузырьки снова идут ко дну, где вода более горячая. Шум, характерный при закипании, создаётся при увеличении и уменьшении размеров пузырьков.
• При третьей стадии
  наблюдается масса пузырьков, которая, поднимаясь на поверхность, вызывает кратковременную мутность воды.
• Четвертая стадия
  характеризуется интенсивным бурлением и появлением больших пузырей, которые, лопаясь, создают брызги. Последние говорят о том, что вода перекипела. Возникает водяной пар, а вода при этом издаёт характерные для кипения звуки.

Кипение пресной воды

Кипятком называют воду, доведенную до кипения. Во время этого процесса происходит обильное образование пара, который сопровождается выделением свободных молекул кислорода из состава кипящей жидкости. Благодаря длительному воздействию высоких температур, в кипятке гибнут микробы и болезнетворные бактерии. Поэтому при плохом качестве водопроводной воды нежелательно употреблять её в сыром виде.

Когда закипает солёная вода

Как показывают опыты, температура кипения солёной воды выше температуры кипения пресной. Поэтому можно сделать вывод, что пресная вода закипает быстрее. В солёной воде содержатся ионы хлора и натрия, которые находятся среди молекул воды. Между ними происходит процесс гидратации – присоединение молекул воды к ионам соли.

Стоит заметить, что гидратационная связь намного сильнее водной межмолекулярной. Поэтому во время кипения пресной воды процесс парообразования начинается быстрее. Жидкость с растворёнными в ней солями требует для закипания немного больше энергии, которой в данной ситуации является температура.

При её повышении молекулы, находящиеся в солёной воде, двигаются намного быстрее, но их количество уменьшается, значит, сталкиваются они реже. Именно этим можно объяснить меньшее количество пара – ведь его давление меньше, чем у пресной воды. Чтобы добиться в солёной воде давления, превышающего атмосферное, и начала кипения, требуется температура повыше.

Фазовые переходы: изменение агрегатных состояний вещества

При изменении внешних условий (например, если внутренняя энергия тела увеличивается или уменьшается в результате нагревания или охлаждения) могут происходить фазовые переходы — изменения агрегатных состояний вещества.

Фазовые переходы интересны тем, что все живое не Земле существует лишь благодаря тому, что вода умеет превращаться в лед или пар. С кристаллизацией, плавлением, парообразованием и конденсацией связаны многие процессы металлургии и микроэлектроники.

На схеме — названия всех фазовых переходов:

Переход из твердого состояния в жидкое — плавление;

Переход из жидкого состояния в твердое — кристаллизация;

Переход из газообразного состояния в жидкое — конденсация;

Переход из жидкого состояния в газообразное — парообразование;

Переход из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое — сублимация;

Переход из газообразного состояния в твердое, минуя жидкое — десублимация.

График фазовых переходов

Если взять процесс превращения льда в воду, воды — в пар, и обратные действия, то мы получим очень информативный график.

Разбираемся по шагам.

AB — нагревание льда

Сначала взяли лед, конечно, при отрицательной температуре,
потому что при нуле лед начинает плавиться. Нагрели лед до температуры плавления (до 0 градусов Цельсия).

BC — плавление льда

После того, как лед нагрелся до температуры плавления, он начинает плавиться. В точке B это еще лед, а в точке C — уже вода. Плавление происходит при постоянной температуре и тем дольше длится, чем больше масса плавящегося вещества. Еще этот процесс зависит от свойств самого вещества, но об этом немного позже.

CD — нагревание воды

Расплавленное вещество уже в жидком состоянии снова начинает нагреваться, и температура увеличивается, пока не достигает температуры кипения. В данном случае нагревается вода — это значит, что ее температура кипения равна 100 градусам Цельсия.

DE — кипение (парообразование) воды

При 100 градусах вода кипит, пока не выкипит целиком. В данном случае процесс, как и плавление, происходит при постоянной температуре. Но парообразование нельзя путать с испарением, потому что парообразование происходит при конкретной температуре, а испарение — при любой.

EF — нагревание пара

Далее полученный пар нагревается, но путем нагревания невозможно дойти до другого фазового перехода — можно пойти только обратно.

FG — охлаждение пара

Первый шаг в обратную сторону — охлаждение до температуры кипения.

GH — конденсация пара

Дойдя до температуры кипения (в данном случае 100 градусов), пар начинает переходить в жидкое состояние. Этот процесс также происходит при постоянной температуре.

HI — охлаждение воды

Сконденсировавшись, вода охлаждается, пока не начнет замерзать.

IK — кристаллизация воды

Кристаллизуется (замерзает) вода при той же температуре, что и плавится лед — 0 градусов. Кристаллизация также происходит при постоянной температуре.

KL — охлаждение льда

После кристаллизации лед охлаждается.

С нагреванием и охлаждением все совсем просто — мы либо передаем теплоту телу (веществу), и оно идет на увеличение температуры, либо тело отдает тепло и охлаждается.

В остальных процессах температура не меняется. Это связано с тем, что количество теплоты не всегда зависит от температуры. Формулы для всех процессов выглядят так:

Нагревание Q = cm(tконечная − tначальная) Охлаждение Q = cm(tначальная − tконечная) Q — количество теплоты c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг · ˚C] m — масса tконечная — конечная температура tначальная — начальная температура

Плавление Q = λm Кристаллизация Q = −λm Q — количество теплоты λ — удельная теплота плавления вещества [Дж/кг] m — масса

Парообразование Q = Lm Конденсация Q = −Lm Q — количество теплоты L — удельная теплота парообразования вещества [Дж/кг] m — масса

Онлайн-уроки физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!

Стадии кипения воды

Выделяется три стадии кипения воды:

• Первоначальное кипение. Кинетирование жидкости характеризуется ростом количества пузырьков на нагретой поверхности, поднимающихся из дискретных точек, температура которых лишь немного выше жидкостной. Неправильная поверхность емкости может создавать дополнительные места зарождения пузырьков, в то время как исключительно гладкая поверхность, такая как пластик, поддается перегреву. В этих условиях нагретая вода может показывать задержку кипения и температура несколько превышает температуру кипения без образования пузырьков.
• Критический тепловой поток. Когда температура поднимается выше критической, на поверхности образуется пар. Поскольку эта паровая пленка гораздо менее способна переносить тепло от поверхности, температура быстро возрастает, жидкость переходит в режим кипения. Точка, в которой это происходит, зависит от характеристик кипящей воды и рассматриваемой поверхности нагрева.
• Переходное состояние. Переходное состояние можно определить как нестабильное кипение, которое происходит на поверхности. Образование пузырьков в нагретой воде представляет собой сложный физический процесс, который часто включает кавитационные и акустические эффекты, такие как шипение широкого спектра, слышимое в чайнике или другой емкости, еще не нагретой до того момента, когда появятся пузырьки.

Если поверхностное нагревание жидкости значительно сильнее, чем внутри нее, тогда тонкий слой пара, который имеет низкую теплопроводность, изолирует поверхность. Это состояние паровой пленки, изолирующей поверхность от жидкости, характеризует кипение пленки.

Что такое кипячёная вода?

Кипяченая 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.

Механизм кипения воды

Разобраться, сколько нужно градусов, чтобы вода закипела, поможет изучение механизма этого физического явления. Кипение представляет собой процесс преобразования жидкости в пар и проходит в несколько этапов:

1. При нагревании жидкости из микротрещин в стенках сосуда выходят пузырьки с воздухом и водяным паром.
2. Пузыри немного расширяются, но жидкость в сосуде настолько холодна, что это приводит к конденсации пара в пузырях.
3. Пузырьки начинают лопаться до тех пор, пока вся толща жидкости не станет достаточно горячей.
4. Через некоторое время происходит уравнивание давления воды и пара в пузырях. На этом этапе отдельные пузырьки могут подниматься на поверхность и выпускать пар.
5. Пузырьки начинают интенсивно подниматься, начинается бурление с характерным звуком. Начиная с этого этапа, температура в сосуде не меняется.
6. Процесс кипения будет продолжаться до тех пор, пока вся жидкость не перейдет в газообразное состояние.

Температура пара при кипении воды

Температура пара при кипении воды такая же, как и самой воды. Это значение не будет меняться до тех пор, пока не испарится вся жидкость в сосуде. В процессе кипения образуется влажный пар. Он насыщен жидкими частицами, равномерно распределенными по всему объему газа. Далее высокодисперсные частицы жидкости конденсируются, а насыщенный пар превращается в сухой.

Также существует перегретый пар, который намного горячее, чем кипяток. Но его можно получить только с помощью специальной аппаратуры.

Зависимость температуры кипения жидкости от давления

Из приведенныхрассуждений ясно, что температуракипения жидкости должна зависеть отвнешнего давления. Наблюдения подтверждаютэто.

Чембольше внешнее давление, тем вышетемпература кипения. Так, в паровомкотле при давлении, достигающем 1,6 · 106Па, вода не кипит и при температуре 200°С.

В медицинских учреждениях кипениеводы в герметически закрытых сосудах— автоклавах (рис. 6.11) также происходитпри повышенном давлении. Поэтомутемпература кипения значительно выше100 °С.

Автоклавы применяют для стерилизациихирургических инструментов, перевязочногоматериала и т. д.

Рис. 6.11

Инаоборот, уменьшая внешнее давление,мы тем самым понижаем температурукипения. Под колоколом воздушного насосаможно заставить воду кипеть при комнатнойтемпературе (рис. 6.12).

При подъеме в горыатмосферное давление уменьшается,поэтому уменьшается температура кипения.На высоте 7134 м (пик Ленина на Памире)давление приближенно равно 4 · 104Па (300 мм рт. ст.). Вода кипит там примернопри 70 °С.

Сварить, например, мясо в этихусловиях невозможно.

Рис. 6.12

На рисунке 6.13изображена кривая зависимости температурыкипения воды от внешнего давления. Легкосообразить, что эта кривая являетсяодновременно и кривой, выражающейзависимость давления насыщенноговодяного пара от температуры.

Рис. 6.13

Различие температур кипения жидкостей

У каждой жидкостисвоя температура кипения. Различиетемператур кипения жидкостей определяетсяразличием в давлении их насыщенныхпаров при одной и той же температуре.Например, пары эфира уже при комнатнойтемпературе имеют давление, большееполовины атмосферного.

Поэтому, чтобыдавление паров эфира стало равныматмосферному, нужно небольшое повышениетемпературы (до 35 °С). У ртути же насыщенныепары имеют при комнатной температуресовсем ничтожное давление. Давлениепаров ртути делается равным атмосферномутолько при значительном повышениитемпературы (до 357 °С).

Именно при этойтемпературе, если внешнее давлениеравно 105 Па, и кипит ртуть.

Различие температуркипения веществ находит большоеприменение в технике, например приразделении нефтепродуктов. При нагреваниинефти раньше всего испаряются наиболееценные, летучие ее части (бензин), которыеможно таким образом отделить от «тяжелых»остатков (масел, мазута).

Жидкость закипает,когда давление ее насыщенного парасравнивается с давлением внутри жидкости.

§ 6.6. Теплота парообразования

Требуется лиэнергия для превращения жидкости в пар?Скорее всего да! Не так ли?

Мы отмечали (см. §6.1), что испарение жидкости сопровождаетсяее охлаждением. Для поддержаниятемпературы испаряющейся жидкостинеизменной к ней необходимо подводитьизвне теплоту.

Конечно, теплота и самаможет передаваться жидкости от окружающихтел. Так, вода в стакане испаряется, нотемпература воды, несколько болеенизкая, чем температура окружающеговоздуха, остается неизменной.

Теплотапередается от воздуха к воде до тех пор,пока вся вода не испарится.

Чтобы поддерживатькипение воды (или иной жидкости), к нейтоже нужно непрерывно подводить теплоту,например подогревать ее горелкой. Приэтом температура воды и сосуда неповышается, но каждую секунду образуетсяопределенное количество пара.

На что расходуетсяподводимая к телу энергия? Прежде всегона увеличение его внутренней энергиипри переходе из жидкого состояния вгазообразное: ведь при этом увеличиваетсяобъем вещества от объема жидкости дообъема насыщенного пара. Следовательно,увеличивается среднее расстояние междумолекулами, а значит, и их потенциальнаяэнергия.

Кроме того, приувеличении объема вещества совершаетсяработа против сил внешнего давления.Эта часть теплоты парообразования прикомнатной температуре составляет обычнонесколько процентов всей теплотыпарообразования.

Теплотапарообразования зависит от рода жидкости,ее массы и температуры. Зависимостьтеплоты парообразования от рода жидкостихарактеризуется величиной, называемойудельнойтеплотой парообразования.

Удельной теплотойпарообразования данной жидкостиназывается отношение теплотыпарообразования жидкости к ее массе:

(6.6.1)

гдеr

— удельная теплота парообразованияжидкости;т —масса жидкости;Qn — ее теплота парообразования. Единицейудельной теплоты парообразования в СИявляется джоульна килограмм (Дж/кг).

Удельнаятеплота парообразования воды оченьвелика: 2,256·106Дж/кг при температуре 100 °С. У другихжидкостей (спирт, эфир, ртуть, керосини др.) удельная теплота парообразованияменьше в 3—10 раз.