Температура кипения воды при различном давлении. Воды кипения
Как изменяется температура кипения воды в зависимости от давления
Для чего человек начал кипятить воду перед её непосредственным употреблением? Правильно, чтобы обезопасить себя от многих болезнетворных бактерий и вирусов. Эта традиция пришла на территорию средневековой России ещё до Петра Первого, хотя считается, что именно он завёз первый самовар в страну и ввёл обряд неспешного вечернего чаепития. На самом деле некое подобие самоваров наш народ использовал ещё в древней Руси для приготовления напитков из трав, ягод и корений. Кипячение требовалось здесь в основном для извлечения полезных экстрактов растений, нежели для обеззараживания. Ведь в ту пору даже не было известно о микромире, где эти бактерии с вирусами обитают. Однако благодаря кипячению нашу страну обходили стороной мировые пандемии страшных заболеваний, таких как холера или дифтерия.
Шкала Цельсия
Великий метеоролог, геолог и астроном из Швеции Андерс Цельсий изначально использовал значение в 100 градусов для обозначения точки замерзания воды при нормальных условиях, а температура кипения воды была принята за нуль градусов. И уже после его смерти в 1744 году не менее известная личность, ботаник Карл Линней и приемник Цельсия Мортен Штремер, перевернули эту шкалу для удобства её использования. Однако, по другим сведениям, это сделал сам Цельсий незадолго до своей кончины. Но в любом случае стабильность показаний и понятная градуировка повлияли на повсеместное распространение её использования среди самых престижных на то время научных профессий - химиков. И, несмотря на то что в перевернутом виде отметка шкалы в 100 градусов устанавливала точку стабильного кипения воды, а не начала её замерзания, шкала стала носить имя первостепенного её создателя, Цельсия.
Ниже атмосферы
Однако не всё так просто, как кажется на первый взгляд. Взглянув на любую диаграмму состояния в P-T- или P-S-координатах (энтропия S функциональна от температуры в прямой зависимости), мы увидим, как тесно связаны между собой температура и давление. Так же и температура кипения воды в зависимости от давления меняет свои значения. И любому альпинисту прекрасно знакомо это свойство. Каждый, кто хоть раз в жизни постигал высоты свыше 2000-3000 метров над уровнем моря, знает, насколько тяжело дышится на высоте. Это из-за того, что чем выше мы поднимаемся, тем разреженнее становится воздух. Атмосферное давление падает ниже одной атмосферы (ниже н. у., то есть ниже "нормальных условий"). Падает и температура кипения воды. В зависимости от давления на каждой из высот она может закипать как при восьмидесяти, так и при шестидесяти градусах Цельсия.
Скороварки
Однако следует помнить, что хоть основные микробы и погибают при температурах выше шестидесяти градусов Цельсия, многие могут выжить при восьмидесяти и более градусах. Именно поэтому мы добиваемся кипячения воды, то есть доводим её температуру до 100 °С. Однако есть интересные кухонные приборы, позволяющие сократить время и нагреть жидкость до высоких температур, без её кипячения и потери массы посредством испарения. Понимая, что температура кипения воды в зависимости от давления может изменяться, инженеры из США на основе французского прототипа представили миру в 1920-х годах скороварку. Принцип её действия основан на том, что крышка плотно прижимается к стенкам, без возможности отвода пара. Внутри создаётся повышенное давление, и вода закипает при более высоких температурах. Однако такие девайсы довольно опасны и нередко приводили к взрыву и серьёзным ожогам пользователей.
В идеале
Давайте рассмотрим, как наступает и проходит сам процесс. Вообразим себе идеально гладкую и бесконечно большую поверхность нагрева, где распределение теплоты происходит равномерно (к каждому квадратному миллиметру поверхности подводится одинаковое количество тепловой энергии), а коэффициент шероховатости поверхности стремится к нулю. В этом случае при н. у. кипение в ламинарном погранслое будет начинаться одновременно по всей площади поверхности и происходить моментально, сразу испаряя весь единичный объём жидкости, находящейся на её поверхности. Это идеальные условия, в реальной жизни такого не бывает.
В реальности
Давайте выясним, какова начальная температура кипения воды. В зависимости от давления она тоже меняет свои значения, однако основной момент здесь кроется вот в чём. Если даже мы возьмём самую гладкую, на наш взгляд, кастрюлю и поднесём её под микроскоп, то в его окуляре мы увидим неравномерные края и острые частые пики, выступающие над основной поверхностью. Теплота к поверхности кастрюли, будем считать, подводится равномерно, хотя в реальности это тоже не совсем верное утверждение. Даже когда кастрюля стоит на самой крупной конфорке, на плите градиент температур распределяется неравномерно, и всегда существуют локальные зоны перегрева, отвечающие за раннее кипение воды. Сколько градусов при этом на пиках поверхности и в её низинах? Пики поверхности при бесперебойном подведении теплоты прогреваются быстрее низин и так называемых впадин. Более того, окруженные со всех сторон водой с низкой температурой, они лучше отдают энергию молекулам воды. Коэффициент температуропроводности пиков в полтора-два раза выше, чем у низин.
Температуры
Именно поэтому начальная температура кипения воды составляет порядка восьмидесяти градусов Цельсия. При этом значении пики поверхности подводят достаточное количество теплоты, необходимого для мгновенного вскипания жидкости и образования первых пузырьков, видимых глазу, которые робко начинают подниматься к поверхности. А какова температура кипения воды при нормальном давлении - спрашивают многие. Ответ на этот вопрос можно без труда найти в таблицах. При атмосферном давлении стабильное кипение устанавливается при 99,9839 °С.
fb.ru
При каких температурах возникает кипение воды в системе отопления? Температура кипения воды под давлением В системах отопления бывают температуры выше 100 градусов! Почему не происходит кипение и разрыва трубы? Задача Например, при какой температуре будет кипение воды, если давление системы отопления 6 Bar (Атмосфер) Решение Решение очень простое. Было опытным путем доказана взаимосвязь кипения воды от давления. Поэтому просто воспользуемся таблицей связи давления и кипения воды. Поскольку в таблице указано абсолютное давление, то это означает, что манометр будет показывать 6 Bar. Но абсолютное давление будет равно 7 Bar (Атмосфер). Поэтому на таблице ищем 7 Атмосфер и находим температуру кипения. Потому что манометры не учитывают уже присутствующее естественное атмосферное давление в воздуха. То есть если абсолютное давление равно одному, то манометр покажет нуль! Только если давление будет выше атмосферного, стрелка манометра начнет отклоняться. Ответ: 164,17 градусов
Давление пара при температурах выше 100 градусов
|
ТЕМПЕРАТУРА ЗАКИПАНИЯ ВОДЫ: Зависимость температуры кипения воды от высоты над уровнем моря
Кипяток – вода, доведенная до температуры кипения. Из приведенных рассуждений видно, что с уменьшением внешнего давления должна понижаться и температура кипения жидкости. Если в жидкости растворено летучее вещество, то температура кипения раствора понижается.
Температура кипения при атмосферном давлении приводится обычно как одна из основных физико-химических характеристик химически чистого вещества. Однако данные о температуре кипения сверхчистых веществ, в частности — таких органических жидкостей, как эфир и бензол, могут иметь существенные отличия от обычных табличных данных. Это связано с образованием ассоциатов, которые могут накапливаться в жидкости в отсутствие воды, как медиатора установления равновесного состояния.
Кипение – процесс перехода вещества из жидкого в газообразное состояние (парообразование в жидкости). Кипение воды является сложным процессом, который происходит в четыре стадии. Рассмотрим пример кипения воды в открытом стеклянном сосуде. Как только повышается температура, возрастает давление насыщенных пузырьков, в результате чего они увеличиваются в размере. Наконец, на четвертой стадии кипения вода начинает интенсивно бурлить, появляются большие лопающиеся пузыри и брызги (как правило, брызги означают, что вода сильно перекипела).
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. В соленой воде молекулы воды присоединяются к ионам соли – данные процесс имеет название «гидратация».
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.
Вода кипит при +100 °С
При снижении окружающего давления вода закипает и испаряется быстрее. 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. Обычно кипяченую воду применяют для заваривания кофе и чая, а также для дезинфекции овощей и фруктов и т.д.
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.
При какой температуре закипает вода?
Хотя бы дали определение что кипение это парообразование не на поверхности а внутри воды, потому что просто испарение происходит всегда и это не кипение. И кстати, вакуум это пустота и ни какого давления в вакууме по определению быть не может и в реальности такой вакуум не существует ни где, кроме учебников.
Я откуда-то знал, что на высоте вода кипит при температуре ниже 100С — а вот при какой точно температуре она кипит — вопрос. Задача состоит из двух этапов — установить зависимость атмосферного давления от высоты, и зависимость температуры кипения от давления. Обычная вода закипает при 100 °С — в справедливости этого утверждения мы не сомневаемся, а градусник легко это подтверждает. Но, чтобы понять, как достичь только что описанных эффектов, необходимо разобраться в механизме кипения воды и любых других жидкостей.
Однако температура окружающей воды слишком мала, отчего пар в пузырьках конденсируется и сжимается, а под давлением воды эти пузырьки лопаются. Из этого правила можно сделать простой вывод — жидкость может закипать при совершенно разных температурах, а добиться этого можно изменением давления жидкости.
Однако существует еще одна возможность нагрева воды до больших температур без кипения. 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. Обычную воду при некоторых усилиях можно нагреть до +130 °С и она не вскипит.
В этом случае также образуется перегретая жидкость, способная вскипеть при минимальном воздействии. Итак, вода далеко не всегда закипает при +100 °С — все зависит от давления внешней среды или внутри сосуда. Бурное образование пузырьков во всем объеме жидкости и называется кипением. Температура кипения вещества зависит также от наличия примесей.
Эксперименты по изучению особенностей кипения воды
Непосредственные наблюдения за поведением жидкости свидетельствуют, что при некоторых температуре и давлении в жидкостях начинается процесс кипения. Обычно в жидкости или на стенках сосуда, в котором она находится, присутствуют пузырьки растворенного в ней воздуха. При нагревании жидкости растворимость содержащихся в ней газов понижается.
Газовые пузырьки в процессе закипания играют роль аналогичную той, которую играют ионы или пылинки при конденсации. В эти пузырьки происходит испарение окружающей их жидкости, вследствие чего пузырьки наполняются насыщенным паром, давление которого с повышением температуры увеличивается. Расчеты показывают, что вклад гидростатического давления и давления Лапласа существенной роли в этом процессе не играют.
Рассмотрев механизм закипания жидкости, подчеркнем, что кипение существенно отличается от испарения. Если процесс кипения начался, температура жидкости, несмотря на продолжающееся сообщение теплоты, не повышается. Она так и останавливается на точке кипения до тех пор, пока не выкипит вся жидкость. Во-вторых, в процессе кипения жидкость испаряется не только с поверхности, но и с поверхности пузырьков внутри жидкости.
Пар – это газообразное состояние воды. Когда пар поступает в воздух, то он, как и другие газы, оказывает на него определенное давление. В отличие от простого испарения при кипении жидкость переходит в пар не только со свободной поверхности, но и по всему объему – внутрь образующихся пузырьков.
Читайте также:
kesuliqn.ru