Как вода кипит и вскипает. Почему кипит вода? Почему соленая вода закипает быстрее: физические законы кипения

/ Кухонные уроки

Как узнать, что вода вскипела? Со дна кастрюли поднимутся пузырьки большого размера. Большого, а не с булавочную головку. Если по стенкам кастрюли также поднимается много пузырьков, то это уже называют бурным кипением. Даже если вы возьмете деревянную ложку, и будете помешивать воду круговыми движениями, пузырьки все равно будут подниматься наверх — бурное кипение будет продолжаться. Только мелкие пузырьки могут исчезнуть после подобной процедуры.

Старый совет , особенно актуальный для людей, готовящих еду вечером в будний день: ставьте кастрюлю с водой на огонь, как только вы переступили порог. Ставьте на самый сильный огонь, чтобы вода быстрее закипела.

Если вы собираетесь готовить пасту - посолите воду. К тому времени, когда вы нарежете овощи, вода вскипит и будет готова для приготовления пасты. Положите пасту в кипящую воду. Только аккуратно, не обожгитесь! Посмотрите на упаковку из-под пасты. Засеките минимальное время, указанное на упаковке (если паста не будет готова к этому времени, вы всегда сможете ее «доготовить»). Помешивайте пасту, но не часто. Или бросьте в воду овощи. После того, как вы положили что-то в кипящую воду, пузырьки на время прекратят подниматься.

В большинстве рецептов рекомендуется «дать воде закипеть вновь». То есть нужно держать ее на сильном огне, пока большие пузырьки не появятся снова. В этот момент, как правило, нужно поставить блюдо на медленный огонь - по краю кастрюли будут появляться мелкие пузырьки, а большие пузырьки будут подниматься к поверхности воды лишь иногда. ФАКТ: На электрических плитах вода закипает быстрее, чем на газовых.

На некоторых газовых плитах нельзя выставить очень медленный огонь, но существуют специальные плоские железные пластины (рассеиватели пламени), которые можно поставить прямо на огонь. Поставив на этот рассеиватель кастрюлю, вы можете выставить очень медленный огонь, например, при приготовлении особенно изысканных соусов. ФАКТ: Чем больше в кастрюле воды, тем медленнее она закипает. Объем имеет значение. Но не думайте, что, набрав в кастрюлю мало воды, вы сможете быстро приготовить пасту. Итальянцы говорят, что паста должна «плавать» в кастрюле.

Устойчивое выражение — Кто над котелком стоит , у того он не кипит. На самом деле, кипит. В конце-то концов.

СУП: Возьмите кастрюлю среднего размера . В кипящую воду добавьте нарезанных овощей по вашему выбору (лук, морковь, картофель, петрушка). Замороженные овощи тоже подойдут. Можно добавить бульонный кубик. Дайте закипеть вновь. Возьмите макароны, разломайте их на небольшие кусочки длиной в 1-2 см. Добавьте немного макарон в суп (примерно ¼ стакана). Когда макароны станут мягкими (попробуйте один кусочек, но будьте осторожны, не обожгитесь), а овощи можно будет проткнуть вилкой (выловите один кусочек и попробуйте) - блюдо готово. По вкусу добавить соль и перец. Что значит «по вкусу». Попробуйте блюдо. Добавьте немного специй, если нужно. Посолив блюдо, вы не должны сделать его соленым; но блюдо не должно быть пресным, у него должен быть «округлый» вкус. Соль должна придать блюду вкус, который должен быть у этого блюда. Вы должны пробовать еду, чтобы проверить так это или нет. (Да, и всегда пользуйтесь чистыми ложками).

Вы только что приготовили суп, одно из самых популярных блюд. Видите, готовить - это просто!

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

Кипячение – нагревание воды до температуры кипения.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Температура пара при кипении воды ^

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

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

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

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

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

Температура кипения соленой воды ^

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

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

Поэтому при кипении из молекул пресной воды парообразование происходит быстрее.

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

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

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

Олег

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

Настя

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

IamJiva

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

Среди многочисленных приспособлений для приготовления пищи нередко встречаются очень интересные с точки зрения не только кулинарии, но и физики. Одно из таких устройств – молоковарка –специальная кастрюля для кипячения молока. Она состоит из двух кастрюль, вложенных одна в другую. Между стенками через специальное отверстие заливают воду, а во внутреннюю кастрюлю – молоко (см. рисунки).

При нагревании в такой кастрюле молоко пастеризуется, но не закипает и не «убегает», даже если вода между стенками кастрюль бурно кипит. Возникает вопрос: почему? Ведь молоко примерно на 90% состоит из воды и кипит практически при той же температуре, что и вода. Объяснение этого явления связано с решением старинной задачи «Будет ли кипеть вода в кастрюле, которая плавает в другой кастрюле с кипящей водой?».

Эту задачу и её решение можно встретить, например, в книге «1001 задача по физике». Вот какое решение там приводится. «Очевидно, вода в плавающей кастрюле нагревается до температуры кипения. Однако это ещё не означает, что она закипит: ведь для того, чтобы жидкость, достигшая температуры кипения, и в самом деле закипела, необходим дальнейший подвод теплоты к этой жидкости. Вода в большой кастрюле получает необходимое количество теплоты от нагревателя; вода же в плавающей кастрюле может получить теплоту лишь от воды в большой кастрюле. Однако при достижении температуры кипения теплообмен между жидкостями прекращается, поскольку их температуры становятся одинаковыми. Поэтому вода в плавающей кастрюле кипеть не будет».

Любознательному читателю придёт в голову вопрос о влиянии стенок внутренней кастрюли на кипение воды в ней. Из приведенного решения следует, что это влияние не существенно, так как всё равно теплопередача не происходит. И тогда стенки плавающей кастрюли можно сделать как угодно тонкими или убрать вообще: то есть считать маленькую кастрюлю просто мысленно выделенной частью большой кастрюли! Получается парадокс: без маленькой кастрюли кипит вся вода в большой кастрюле, а с маленькой кастрюлей (даже мысленно выделенной) она кипит не вся.

В чём же разгадка противоречия? Дело в том, что в мысленно выделенной части воды, как и во всём объёме большой кастрюли, вода не кипит тоже! Энциклопедия определяет кипение как «переход жидкости в пар, происходящий с образованием в объёме жидкости пузырьков пара». Поскольку в большой кастрюле пузырьки образуются только в придонном объёме кипящей воды, то и вода кипит только в придонном слое, а во всей остальной толще (с точки зрения физики) наблюдается не кипение, а всплытие образовавшихся около дна пузырьков.

Какова же роль стенок внутренней кастрюли? В том, что поднимающиеся со дна внешней кастрюли пузыри не могут проникнуть в объём, ограниченный стенками внутренний кастрюли. Если этих стенок нет, то пузыри беспрепятственно заполняют весь объём жидкости и создаётся впечатление, что кипит вся вода в кастрюле (бытовое представление о кипении). Тем не менее объёмное кипение можно наблюдать и в быту, например, нагревая воду в микроволновой печи в неметаллических кастрюлях. В этом случае плавающая внутренняя кастрюля от кипения не спасает. Вода будет поглощать микроволны по всему своему объёму и закипит в обеих кастрюлях.

Если жидкость нагревать, то при определенной температуре она закипит. При кипении в жидкости образуются пузырьки, которые поднимаются наверх и лопаются. В пузырьках содержится воздух, в котором присутствует водяной пар. Когда пузырьки лопаются, то пар вырывается, и, таким образом, жидкость интенсивно испаряется.

Разные вещества, находящиеся в жидком состоянии, кипят при своей, характерной для них температуре. Причем эта температура зависит не только от характера вещества, но и от атмосферного давления. Так вода при нормальном атмосферном давлении кипит при 100 °C, а в горах, где давление ниже, вода кипит при более низкой температуре.

Когда жидкость закипает, то дальнейший подвод к ней энергии (тепла) не увеличивает ее температуру, а просто поддерживает кипение. То есть энергия тратится на поддержание процесса кипения, а не на поднятие температуры вещества. Поэтому в физике вводится такое понятие как удельная теплота парообразования (L). Она равна количеству тепла, необходимому для того, чтобы полностью выкипел 1 кг жидкости.

Понятно, что у различных веществ своя удельная теплота парообразования. Так у воды она равна 2,3 · 10 6 Дж/кг. У эфира, который кипит при 35 °C, L = 0,4 · 10 6 Дж/кг. У ртути, кипящей при 357 °C, L = 0,3 · 10 6 Дж/кг.

В чем же заключается процесс кипения? Когда вода нагревается, но еще не достигнута температура ее кипения, в ней начинают образовываться маленькие пузырьки. Обычно они образуются на дне емкости, так как обычно нагревают под дном, и там температура выше.

Пузырьки легче окружающей их воды и поэтому начинают подниматься в верхние слои. Однако здесь температура еще ниже, чем у дна. Поэтому пар конденсируется, пузырьки становятся меньше и тяжелее, снова опускаются вниз. Так происходит до тех пор, пока вся вода не прогреется до температуры кипения. В это время слышен шум, предшествующий кипению.

Когда достигнута температура кипения, пузырьки уже не опускаются вниз, а всплывают на поверхность и лопаются. Из них вырывается пар. В это время слышен уже не шум, а бульканье жидкости, которое говорит о том, что она закипела.

Таким образом, при кипении, также как при испарении, происходит переход жидкости в пар. Однако, в отличие от испарения, которое происходит только на поверхности жидкости, кипение сопровождается образованием пузырьков, содержащих пар, по всему объему. Также в отличие от испарения, которое происходит при любой температуре, кипение возможно лишь при определенной, характерной для данной жидкости температуре.

Почему чем выше атмосферное давление, тем температура кипения жидкости больше? Воздух давит на воду, и, следовательно, создается давление внутри воды. Когда образуются пузырьки, в них пар также давит, причем сильнее, чем внешнее давление. Чем больше давление из вне на пузырьки, тем сильнее в них должно быть внутреннее давление. Поэтому они образуются при более высокой температуре. А значит, и вода кипит при более высокой температуре.

Вода, нагретая на уровне моря до 100°С (212°F), начинает кипеть. Это означает, что внутри объема жидкости происходит образование пузырьков водяного пара и подъем их к поверхности. Вода закипает, потому что при данной температуре давление насыщения водяного пара слегка превышает атмосферное давление.

На больших высотах над уровнем моря атмосферное давление существенно уменьшается и вода кипит при более низких температурах. И наоборот, если давление над жидкостью увеличивается, например, когда вода находится ниже уровня моря или в скороварке, кипение происходит при более высокой температуре. Иллюстрация под текстом показывает температуры кипения на различных высотах над уровнем моря.

Фактор тепла и высоты

Ближний график справа показывает взаимосвязь между давлением насыщенного пара и температурой. При высоких температурах давление насыщенного пара быстро растет. Вода закипает, когда давление насыщенного пара начинает слегка превышать атмосферное давление. Именно поэтому при падении атмосферного давления уменьшается и температура кипения. На дальнем графике справа приведена зависимость температуры кипения воды от высоты над уровнем моря. Чем больше высота, тем ниже температура, при которой вода начинает кипеть.

Кинетическая энергия

В процессе перехода воды в газообразное состояние важную роль играет кинетическая энергия (энергия движения) молекул. Когда энергетический уровень высок, многие молекулы испаряются, разрывая связи, удерживающие их в жидком состоянии. При низком давлении (верхний рисунок под текстом) молекулы приобретают достаточно энергии для формирования газовых пузырьков кипения без добавления большого количества тепла. Ближе к уровню моря необходимо больше тепла (красная стрелка на нижнем рисунке под текстом), чтобы парообразование имело место.

Уменьшение времени приготовления пищи

В скороварках, как, например, той, что показана на рисунке справа, создается постоянное повышенное давление. На уровне моря эти герметичные кастрюли увеличивают температуру кипения воды до 121 °С (250°F). Более высокая температура кипения означает, что продукты будут готовиться быстрее, экономя время.

На продольных разрезах вверху показаны механизмы скороварки, предупреждающие чрезмерное повышение давления. Все они - предохранительный клапан (левый рисунок), регулятор давления (средний рисунок) и уплотнение ободка (правый рисунок) - помогают контролировать давление путем выпуска пара в атмосферу.

Возможно, будет полезно почитать: