Содержание
Вода кипит при 100 градусах
Обычная вода закипает при 100 градусах — в справедливости этого утверждения мы не сомневаемся, а градусник легко это подтверждает. Однако есть люди, которые могут скептически улыбнуться, так как знают — вода не всегда и не везде кипит ровно при 100 градусах.
А разве такое возможно? Да, возможно, но только при определенных условиях.
Сразу нужно сказать, что вода может закипать при температурах как ниже, так и выше +100 °С. Так что не стоит удивляться выражению «Вода вскипела при + 73 °С» или «Кипение воды началось при +130 °С» — обе эти ситуации не просто возможны, но и относительно легко осуществимы.
Но, чтобы понять, как достичь только что описанных эффектов, необходимо разобраться в механизме кипения воды и любых других жидкостей.
При нагреве жидкости у дна и на стенках сосуда начинают образовываться пузырьки, наполненные паром и воздухом. Однако температура окружающей воды слишком мала, отчего пар в пузырьках конденсируется и сжимается, а под давлением воды эти пузырьки лопаются.
Данный процесс происходит до тех пор, пока весь объем жидкости не прогреется до температуры кипения — в этот момент давление пара и воздуха внутри пузырей сравнивается с давлением воды. Такие пузырьки уже способны подняться к поверхности жидкости, выпустив там пар в атмосферу — это и есть кипение. Во время кипения температура жидкости больше не поднимается, так как наступает термодинамическое равновесие: сколько тепла потрачено на нагрев, столько же тепла и отводится паром с поверхности жидкости.
Ключевой момент в закипании воды и любой другой жидкости — равенство давления пара в пузырях и давления воды в сосуде. Из этого правила можно сделать простой вывод — жидкость может закипать при совершенно разных температурах, а добиться этого можно изменением давления жидкости. Как известно, давление в жидкостях складывается из двух составляющих — ее собственного веса и давления воздуха над ней. Получается, что снизить или повысить температуру кипения воды можно изменением атмосферного давления либо давления внутри сосуда с подогреваемой жидкостью.
В действительности так и происходит. Например, в горах кипяток вовсе не так горяч, как на равнинах, — на высоте 3 км, где давление воздуха падает до 0,7 атмосферы, вода закипает уже при +89,5 градусов. А на Эвересте (высота — 8,8 км, давление — 0,3 атмосферы) вода закипает при температуре чуть больше +68 градусов. Да, приготовление пищи при таких температурах — дело весьма трудное, и если бы не специальные средства, то на таких высотах это было бы и вовсе невозможно.
Чтобы повысить температуру кипения, необходимо поднять давление атмосферы или хотя бы плотно закрыть сосуд с водой. Этот эффект используется в так называемых скороварках — плотно закрытая крышка не дает выходить пару, из-за чего давление в ней повышается, а значит, растет и температура кипения. В частности, при давлении в 2 атмосферы вода закипает только при +120 градусах. А в паровых турбинах, где поддерживается давление в десятки атмосфер, вода не закипает и при +300-400 °С!
Однако существует еще одна возможность нагрева воды до больших температур без кипения.
Замечено, что образование первых пузырьков начинается на шероховатостях сосуда, а также вокруг более или менее крупных частиц присутствующих в жидкости загрязнителей. Поэтому если нагревать абсолютно чистую жидкость в идеально отполированном сосуде, то при нормальном атмосферном давлении можно заставить эту жидкость не вскипать при очень высоких температурах. Образуется так называемая перегретая жидкость, отличающаяся крайней нестабильностью — достаточно минимального толчка или попадания пылинки, чтобы жидкость мгновенно вскипела (а на деле — буквально взорвалась) сразу во всем объеме.
Обычную воду при некоторых усилиях можно нагреть до +130 °С и она не вскипит. Для получения больших температур уже необходимо применение особого оборудования, но предел наступает при +300 °С — перегретая вода при такой температуре может существовать доли секунды, после чего происходит взрывоподобное вскипание.
Интересно, что перегретую жидкость можно получить и иным способом — подогреть ее до относительно низких температур (чуть ниже +100 °С) и резко понизить давление в сосуде (например, поршнем).
В этом случае также образуется перегретая жидкость, способная вскипеть при минимальном воздействии. Данный метод используется в пузырьковых камерах, регистрирующих заряженные элементарные частицы. При пролете сквозь перегретую жидкость частица вызывает ее локальное вскипание, а внешне это отображается как возникновение трека (следа, тонкой черточки) из микроскопических пузырьков. Однако в пузырьковых камерах применяется отнюдь не вода, а различные сжиженные газы.
Итак, вода далеко не всегда закипает при +100 °С — все зависит от давления внешней среды или внутри сосуда. Поэтому в горах без специальных средств нельзя получить «нормальный» кипяток, а в котлах тепловых электростанций вода не кипит даже при +300 °С.
Предыдущая статья: Свинец и золото — самые тяжелые металлы
Следующая статья: Все пластмассы непрочные и горючие
При какой температуре кипит вода высоко в горах
Опубликовано:
Фото: UGC
Каждый, кто изучал физику в школе, на вопрос, при какой температуре кипит вода, не задумываясь, ответит: «100 °С», даже если его оценки были ниже среднего.
Но почему тогда альпинисты жалуются, что на высоте у них возникает проблема с приготовлением пищи и завариванием чая? Расскажем об этом подробнее.
Кипение — физический процесс превращения жидкости в пар. Температура кипения жидкости напрямую зависит от ее состава и атмосферного давления. Поэтому чем выше мы поднимаемся в горы, тем меньше становится давление, и воде, чтобы закипеть, нужна температура поменьше.
При 0 высоте над уровнем моря температура кипения воды действительно 100 °С. Но с каждым подъемом на 500 метров температура кипения воды снижается на 2–3 °С. На высоте 1000 м вода закипит при температуре 96,7 °С. На 2000 м ей для закипания нужны лишь 93,3 °С.
На Эльбрусе — самой высокой вершине Европы (5642 м), где в конце лета температура достигает –7°С, — вода закипит при 80,8 °С.
На вершине кавказского Казбека (5033 м) для кипячения воды нужно уже 83 °С.
Фото: Da-Voda.com: UGC
В Гималаях, где высота гор достигает почти 9 тыс. метров над уровнем моря, воде потребуется еще меньшая температура, чтобы закипеть.
На самой высокой горе Гималаев — Аннапурне — вода закипит примерно при 70,7 °С.
Читайте также: Интересные факты о воде
В горах Казахстана различна температура закипания воды:
- На самой высокой горе Казахстана Хан-Тенгри (7010 м) — 75,5 °С.
- На пике Талгар (4979) — 83,3 °С.
- На Актау (4690) — 84,3 °С.
- На Белухе (4506) — 84,9 °С.
При повышении давления увеличивается и температура кипения воды. Поэтому в специальной посуде, которая обеспечивает высокое давление при готовке, например в скороварке, пища готовится намного быстрее.
Не случайно жители горных местностей являются одними из главных покупателей бытовых скороварок. А для любителей горных походов выпускают специальную посуду, которая обеспечивает высокую температуру закипания воды.
Фото: solarsoul.net: UGC
Как известно, при закипании вода проходит несколько стадий:
- образование пузырьков воздуха при повышении температуры;
- увеличение пузырьков и их подъем на поверхность;
- помутнение поверхности из-за скопившихся на ней пузырьков;
- бурление воды из-за разрыва пузырьков и образование пара.
Следует отметить, что температура кипения соленой воды выше, чем у пресной, так как ионы соли между молекулами воды придают им большую прочность. Как результат, чтобы разорвалась связь и образовался пар, нужна температура повыше. Например, 40 г соли увеличат температуру кипения литра воды почти на 1 °С.
Отвечая на вопрос, при какой температуре кипит вода, не забывайте о том, что многое зависит от атмосферного давления и состава воды.
Читайте также: Самые высокие горы Казахстана
Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/school/1750018-pri-kakoj-temperature-kipit-voda-vysoko-v-gorah/
Речь идет о теплопередаче – Лаборатория наверху (Исследования Международной космической станции)
На этой неделе комментарии приглашенного блогера и научного сотрудника Международной космической станции Тары Раттли, доктора философии, в ее размышлениях о физической науке о кипении в космосе.
Если вы не думаете о себе как о человеке, который когда-либо мог бы заинтересоваться физикой, давайте сведем это к минимуму.
Ты голоден. Настало время макарон. Ваша кастрюля с водой стоит на плите, вы включили максимальный нагрев, и начинается ожидание закипания. Вы нетерпеливо смотрите на кастрюлю, когда кажется, что вода начинает бурлить. Вам не терпится увидеть пузырьки, которые означают, что вы можете положить макароны в эту воду. Но что эти пузырьки говорят вам и что делает их ключевым показателем идеальной температуры воды для пасты?
На Земле вода закипает в результате естественной конвекции.
(Изображение предоставлено Маркусом Швайсом из Википедии)
Если немного упростить, кипячение на самом деле является очень эффективным процессом теплопередачи, и в этом случае кипячение передает тепло от огня на плите воде. который приготовит вашу пасту. Здесь, на Земле, это кажется достаточно простым: вы включаете конфорку, ждете несколько минут, и когда появляются все эти маленькие пузырьки, вы готовы приступить к приготовлению пищи.
Пока вы ждете, пока закипит кастрюля с водой, внутри происходит сложный процесс. Во-первых, жидкость на дне кастрюли, ближайшей к источнику тепла, начинает нагреваться; как это происходит, он поднимается. Поднимающаяся горячая вода заменяется более холодными и плотными молекулами воды. Молекулы воды в вашей кастрюле постоянно обмениваются таким образом благодаря силе тяжести, в конечном итоге нагревая всю кастрюлю с жидкостью. Это называется естественной конвекцией — движением молекул через жидкость, которая является основным методом передачи тепла (и массы).
Без плавучести и конвекции кипящие жидкости
ведут себя в космосе совершенно иначе.
(Видео предоставлено НАСА)
Но естественной конвекции недостаточно, поскольку она еще не обеспечивает те пузырьки, которые вам нужны для пасты. Чтобы получить эти пузыри, вам нужно подождать достаточно долго, пока дно кастрюли не станет горячее, чем точка кипения воды. Когда точка кипения превышена, вы, наконец, начинаете видеть крошечные пузырьки водяного пара, которых вы так долго ждали! Пузырьки поднимаются за счет плавучести , а затем разрушаются, когда достигают более плотной и относительно более холодной воды на поверхности горшка.
Это движение не только помогает быстрее перемещать воду (например, перемешивание), но и сами пузырьки также передают тепловую энергию. Это образование пузырьков называется пузырьковым кипением; гораздо более эффективный способ передачи тепла, чем естественная конвекция сама по себе. На самом деле настолько эффективно, что в конечном итоге приводит к более сложному кипячению, называемому переходным кипением — очень турбулентному потоку пузырьков, который указывает, что вода теперь достаточно горячая, чтобы приготовить макароны.
Однако в космосе пузыри ведут себя иначе. Без гравитации эффекты плавучести и конвекции отсутствуют. Более теплая вода не может подняться; вместо этого он остается возле источника тепла, становясь все горячее и горячее. Между тем, оставшаяся вода дальше от источника тепла остается относительно прохладной. Когда нагретая жидкость достигает точки кипения, пузырьки не поднимаются на поверхность. Вместо этого образовавшиеся пузырьки сливаются в один большой пузырь, который остается на нагретой поверхности.
Внутри пузыря заключена драгоценная тепловая энергия! В результате получается неэффективный или, по крайней мере, совершенно другой способ передачи тепла.
Изображение кипения жидкости на нагревательной решетке во время низкой гравитации
, сделанное самолетом НАСА KC-135. Синие области обозначают
областей с низкой теплопередачей.
(любезно предоставлено Мэрилендским университетом)
Как оказалось, есть много ученых, которые очарованы тем фактом, что если вы вскипятите воду в космосе, вы получите один большой пузырь, который стремится «проглотить» меньший пузыри. Почему увлечение? Что ж, помимо знаний из учебника по фундаментальной термодинамике, поскольку кипение является таким эффективным процессом теплопередачи, понимание этого сложного процесса может помочь построить более эффективные системы охлаждения для Земли и космоса. Например, автомобильные инженеры заинтересованы в разработке компактных энергоэффективных систем для охлаждения горячих автомобильных двигателей, основанных на механике теплопередачи при кипении.
На самом деле, ваш собственный холодильник использует хладагент с низкой точкой кипения и некоторыми связанными с этим изменениями давления, чтобы ваши продукты оставались холодными внутри. Передавая тепло от воздуха холодильника к хладагенту до точки кипения, тепло в конечном итоге рассеивается от пузырьков и излучается в воздух в вашем доме. По сути, хотя воздух внутри вашего холодильника может показаться вам холодным, на самом деле он достаточно теплый, чтобы вскипятить охлаждающую жидкость, что является тем самым процессом теплопередачи, который отвечает за сохранение холода вашей еды.
Установка для экспериментов по кипячению или BXF, которая была запущена на STS-133 в феврале 2010 года, позволит ученым провести углубленные исследования сложностей, связанных с образованием пузырьков в результате теплопередачи. Например, какую роль играют поверхностное натяжение и испарение при пузырьковом кипении, если плавучесть и конвекция не входят в уравнение? Что можно сказать о вариациях свойств поверхности нагрева? Контролируя гравитацию на Международной космической станции, ученые могут исследовать различные элементы кипения, что потенциально может привести к улучшению конструкции системы охлаждения.
Повышение эффективности технологии охлаждения может оказать положительное влияние на мировую экономику и окружающую среду; две горячие темы, которые могут многое выиграть от кипячения в космосе.
Доктор Тара Раттли — научный сотрудник Международной космической станции (МКС) Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) в Космическом центре Джонсона (АО) в Хьюстоне. Ее роль в Программном научном отделе состоит в том, чтобы представлять и сообщать обо всех исследованиях на космической станции, а также поддерживать рекомендации менеджеру программы МКС и штаб-квартире НАСА относительно исследований на МКС. До своей должности в Научном отделе программы МКС д-р Раттли работала ведущим инженером по летному оборудованию в Системе поддержания здоровья МКС, а затем в Центре исследований человека на МКС. Она имеет степень бакалавра наук в области биологии и степень магистра наук в области машиностроения Университета штата Колорадо, а также степень доктора философии в области неврологии Медицинского отделения Техасского университета.
Д-р Раттли является автором публикаций, начиная от проектирования оборудования и заканчивая неврологическими науками, а также имеет патент на полезную модель в США.
Доктор Тара Раттли
(изображение НАСА)
Как варить воду, точки кипячения воды, что приготовление Америки
Точки кипячения Точки кипячения . Точки кипячения . Точки кипячения море с уровнями по сравнению с море. Температура воды на большой высоте Как кипятить воду: Кипятить воду очень легко, но это очень важно для многих блюд, таких как приготовление риса и макарон. Выберите кастрюлю, достаточно большую, чтобы вместить необходимое количество воды, которую вы хотите вскипятить, с подходящей крышкой. У вас может возникнуть соблазн использовать уже теплую или горячую воду из-под крана, но эта вода уже некоторое время стоит в ваших трубах и становится несвежей. Не заполняйте кастрюлю полностью. Имейте в виду, что все, что вы добавляете в кипящую воду, увеличивает объем, и, кроме того, вам нужно будет оставить место для этих пузырьков, чтобы они делали свое дело. Например, если в кастрюле недостаточно места, рис или макароны выкипят. Поставьте кастрюлю на плиту и включите сильный огонь. Если хотите ускорить процесс, накройте крышкой Проверьте, не выходит ли из-под крышки пар, затем осторожно поднимите крышку, чтобы посмотреть, как поживает вода. Посмотрите на воду. Если со дна кастрюли на поверхность поднимаются большие пузыри, вода кипит. ПРИМЕЧАНИЕ. Маленькие пузырьки, которые остаются на дне или по бокам горшка, — это пузырьки воздуха, присутствующие в воде; они не обязательно указывают на то, что кипение неизбежно. Дождитесь появления пузырьков, которые поднимутся наверх горшка. Большие высоты: Вода будет кипеть на больших высотах, но она не такая горячая, как кипящая вода на уровне моря. Поскольку температура кипящей воды ниже на больших высотах, чем на уровне моря, приготовление пищи на больших высотах занимает больше времени, чем на уровне моря. Скорость приготовления пищи не зависит от времени, необходимого для ее закипания. Если добавить в воду немного соли, вода закипит при несколько более высокой температуре, что может быть полезно при приготовлении пищи, особенно на больших высотах. Температура кипения воды: Из книги «Кухонная наука» Говарда Хиллмана Соль: Соль, сахар и практически любое другое вещество, что сокращает время приготовления и, следовательно, сокращает время кипения. Жесткая вода: Жесткая вода определяет воду с высоким содержанием растворенных минеральных солей. Поэтому жесткая вода закипает при более высокой температуре. Разница в температуре кипения между типичными источниками жесткой и мягкой воды составляет около одного-двух градусов. Спирт: Температура кипения спирта ниже, чем у воды (около 175 градусов по Фаренгейту по сравнению с 212 градусами по Фаренгейту). Если разбавить воду спиртом, смесь будет иметь более низкую температуру кипения вплоть до полного испарения спирта. Если вы решите изменить существующий рецепт, заменив часть воды изрядной порцией вина, не забудьте увеличить время приготовления на 5–10 процентов в зависимости от крепости вина и тяжести вашего прикосновения. Погода: Точка кипения воды в штормовые, а не в ясные погодные дни на градус или два ниже. Следовательно, в ненастный день вареная пища будет готовиться дольше. Кастрюли разных размеров : Будет ли заданный объем воды кипеть при более высокой температуре в высокой узкой кастрюле, чем в короткой и широкой? Да. так как высокий узкий горшок имеет большую глубину, вода в нем находится под большим давлением воды над ним, чем вода на дне короткого широкого горшка. Чем больше давление, тем выше температура кипения. Разница составляет примерно 1 градус Фаренгейта. Высота над уровнем моря: Чем выше высота, тем ниже атмосферное давление. Чем меньше атмосферное давление давит на поверхность жидкости, тем легче молекулам воды выйти в воздух. Таким образом, вода достигает своего полного быстрого кипения при более низкой температуре в городе Денвер высотой в милю, чем в прибрежном Майами. На каждую тысячу футов над уровнем моря температура кипения воды падает почти на 2 градуса по Фаренгейту. Температура воды: Приблизительные температуры кипения воды Высота — температура Уровень моря — 212 градусов по Фа. футов – 208,5 градусов по Фаренгейту – 98,06 градусов по Цельсию 3000 футов – 206,7 градусов по Фаренгейту – 97,06 градусов по Цельсию 5000 футов – 203,2 градусов по Фаренгейту – 95,11 градусов по Цельсию F. – 92,72 градуса С. 10 000 футов – 194,7 градусов по Фаренгейту –90,39 градусов по Цельсию 15 000 футов – 185,0 градусов по Фаренгейту – 85,00 градусов по Цельсию. 96 градусов по Фаренгейту). Каждое увеличение высоты на 500 футов приводит к снижению температуры кипения примерно на 1 градус. Теплая вода — от 115 до 120 градусов по Фаренгейту. — Вода осязаема, но не горячая. Горячая вода – от 130 до 135 градусов по Фаренгейту. Браконьер — от 160 до 180 градусов по Фаренгейту. — Вода начинает двигаться, дрожать. Варить на медленном огне – от 185 до 200 градусов по Фаренгейту – Движение, в воде появляются маленькие пузырьки. Медленное кипячение – 205 градусов по Фаренгейту – Больше движения и заметно большие пузырьки. Real Boil — 212 градусов по Фаренгейту. — Вода бурлит, бурлит и испаряется. Дополнительные интересные статьи о воде: Вода – источник молодости – Уверен, вы не раз слышали фразу «Пейте больше воды, это полезно для вас!» На протяжении тысячелетий люди всех стран искали мифический источник молодости. Если бы я сказал вам, что есть что-то, что подарит вам красивую сияющую кожу, уменьшит тонкие линии и морщины, повысит уровень вашей энергии и улучшит общее состояние здоровья, держу пари, вы бы меня выслушали и заинтересовались.
Используйте холодную воду, если собираетесь ее пить или готовить.
Это связано с тем, что на больших высотах атмосферное давление ниже. Кипение происходит, когда вода достаточно горячая, чтобы иметь то же давление, что и окружающий воздух, так что в ней могут образовываться пузыри. На больших высотах атмосферное давление ниже, чем на уровне моря, поэтому вода не должна сильно нагреваться, чтобы закипеть.
Разница в температуре между несоленой и соленой водой (одна чайная ложка соли на литр воды) составляет от 1 до 2 градусов по Фаренгейту, разница, которая может иметь решающее значение при приготовлении пищи, требующей точности.
Уровень моря: Вода закипает при 212 градусах по Фаренгейту и кипит при 190 градусах по Фаренгейту.
– Вода слишком горячая, чтобы до нее можно было дотронуться без травм.