Как вскипятить воду?

Влияние загрязнений на кипение воды

Кипение воды в чайнике может быть затруднено или замедлено в результате наличия различных загрязнений в воде. Загрязнения воздействуют на кипение воды, создавая дополнительные преграды и изменяя физические и химические свойства жидкости.

Основные виды загрязнений, которые могут повлиять на кипение воды:

Минеральные вещества и соли. Наличие большого количества минералов и солей в воде может повысить ее плотность и поверхностное натяжение. Это препятствует быстрому всплеску пузырьков пара и, следовательно, замедляет процесс кипения воды.
Органические загрязнители. Наличие органических загрязнений, таких как масло, жир, остатки пищи и другие вещества, приводит к образованию пленки на поверхности воды. Эта пленка может затруднять образование пузырьков пара и вызывать нечеткость воды.
Хлор и другие химические соединения. Многие водопроводные системы добавляют хлор для очистки воды от бактерий и микроорганизмов. Однако наличие хлора и других химических соединений может повлиять на процесс кипения воды и создать неприятный запах или вкус у чайника.

Особенности загрязненной воды при кипении:

Длительное время достижения точки кипения. Из-за препятствий, создаваемых загрязнениями, вода может дольше находиться в состоянии нагревания до температуры кипения.
Образование пузырьков меньшего размера. Загрязненная вода может образовывать пузырьки пара меньшего размера из-за плохой проводимости тепла. Это может привести к более медленному или менее интенсивному кипению.
Ухудшение качества воды и неприятный запах. Загрязнения в воде могут приводить к появлению мутности, мутного оттенка и неприятного запаха во время кипения.

Для поддержания оптимального кипения воды в чайнике рекомендуется использовать фильтры для очистки воды от загрязнений и поддерживать чайник в чистоте и хорошем состоянии.

Немного интересных фактов об H2O

Это самый успешный растворитель. Именно поэтому природа и выбрала ее, как основу всей жизни.

Легенда о «живой» или «мертвой» влаги возникла оттого, что существует способность при длительном покое формировать длинные цепочки. Молекулы при этом становятся менее активными и наоборот, после естественного цикла испарения/конденсации/замерзания/таяние, связи рвутся с увеличением подвижности.

Редкие вещества при кристаллизации увеличиваются в объеме, наш источник жизни – одно из немногих соединений, которое в жидком виде плотнее, чем лед.

Мы рассказали в статье, вредно ли пить кипяченую воду, и полезна ли она для регулярного питья. Выводы делайте сами и будьте здоровы!

Различные условия

При нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст., или 101 кПа, 1 атм.) вода начинает кипеть, нагревшись до 100 ℃. Это знают все.

Уравнение зависимости температуры кипения воды от давления довольно сложное. Зависимость эта не линейная. Иногда пользуются барометрической формулой для расчета, делая некоторые приближения, и уравнением Клапейрона-Клаузиуса.

Удобнее воспользоваться таблицами из справочников, в которых приведены данные, полученные экспериментальным путем. По ним можно построить график и, проведя экстраполяцию, вычислить требуемое значение.

В горах вода закипит, не успев нагреться до 100 ℃. На самой высокой вершине мира Джомолунгме (Эверест, высота над уровнем моря 8848 м) температура закипания воды равняется приблизительно 69 ℃. Но даже если опуститься немного ниже, то все равно вода будет кипеть не при ста градусах, пока мы не достигнем давления в 101 к Па. На Эльбрусе, который ниже Эвереста, чайник с водой закипит при 82 ℃ – там давление равно 0,5 атм.

Поэтому в горных условиях для приготовления пищи потребуется значительно больше времени, а некоторые продукты вообще не сварятся в воде, их придется готовить другим способом. Иногда неопытные туристы удивляются, почему яйца так долго варятся, а кипяток не обжигает. Все дело в том, что этот кипяток недостаточно нагрет.

В автоклавах и скороварках, наоборот, давление увеличивают. Это заставляет воду кипеть при более высокой температуре. Пища сильнее разогревается, и готовка происходит быстрее. Поэтому скороварки так и назвали. Нагрев до высокой температуры полезен еще и тем, что происходит дезинфекция жидкости, в ней погибают микробы.

Водно-спиртовой раствор

Дело в том, что водка не является чистым спиртом, а представляет собой раствор воды, в котором присутствует доля спирта. В зависимости от того, какова эта доля, меняется температура замерзания.

«Разброс» значений, при которых водка подвергается кристаллизации, от -27ºС до -34ºС. Это приблизительные показатели. Чем больше этанола в водке, тем ниже будет предел, когда она сможет превратиться из жидкого алкоголя в, так сказать, «алкогольное мороженое».

Интересно следующее: процесс замерзания идет постепенно, водка загустевает, превращаясь в подобие желе, и только после этого, если температура не меняется, становится твердой. И целиком она почти никогда не замерзает.

Причина: сначала меняют свои характеристики частички воды — они становятся маленькими льдинками. Концентрация спирта в бутылке становится выше, поэтому теперь раствору требуется более низкая температура, чтобы он стал льдом.

Вряд ли в холодильнике возможно создание условий, когда градус понизится до -33 или -40. Это в быту просто технически невозможно, даже если морозильная установка исправна. Поэтому полное превращение в лед вам вряд ли доведется наблюдать, а вот куски льда в бутылке – это вполне вероятно.

А может можно обойтись без соли?

Спор о том, насколько быстро закипает соленая или водопроводная вода может длиться бесконечно. Если посмотреть на практическое применение, большой разницы не будет. Это легко объяснимо законами физики. Вода начинает закипать, когда температура достигает 100 градусов. Это значение может стать другим в случае изменения параметров плотности воздуха. Например, вода высоко в горах начинает кипеть при температуре ниже 100 градусов. В бытовых условиях важнейшим показателем становится мощность газовой горелки, а также температура нагрева электрической плиты. От этих параметров зависит быстрота нагрева жидкости, а также время, необходимое для закипания.

На костре вода начинает закипать через несколько минут, так как сжигаемые дрова, выделяют намного больше тепла, чем газовая плита, да и площадь нагреваемой поверхности намного больше. Отсюда можно сделать простой вывод: чтобы добиться быстрого закипания, требуется включить газовую конфорку на максимальную мощность, а не добавлять соль.

Любая вода начинает кипеть при одинаковой температуре (100 градусов). Но скорость закипания может быть разной. Соленая вода начнет кипеть позже из-за воздушных пузырьков, которым намного сложнее разорвать молекулярные связи. Надо сказать, что закипание дистиллированной воды происходит быстрее, чем обычной, водопроводной. Дело в том, что в очищенной, дистиллированной воде отсутствуют сильные молекулярные связи, нет посторонних примесей, поэтому она начинает нагреваться намного быстрее.

Британника

Развлечения и поп-культура
География и путешествия
Здоровье и медицина
Образ жизни и социальные вопросы
Литература
Философия и религия
Политика, право и правительство
Наука
Спорт и отдых
Технология
Изобразительное искусство
Всемирная история

Этот день в истории
Викторины
Подкасты
Словарь
Биографии
Резюме
Популярные вопросы
Обзор недели
Инфографика
Демистификация
Списки
#WTFact
Товарищи
Галереи изображений
Прожектор
Форум
Один хороший факт

Развлечения и поп-культура
География и путешествия
Здоровье и медицина
Образ жизни и социальные вопросы
Литература
Философия и религия
Политика, право и правительство
Наука
Спорт и отдых
Технология
Изобразительное искусство
Всемирная история

Britannica Classics Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
Britannica объясняет В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
Demystified Videos В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
#WTFact Видео В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
На этот раз в истории В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

Студенческий портал Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
Портал COVID-19 Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
100 женщин Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
Britannica Beyond Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Спросить. Мы не будем возражать.
Спасение Земли Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
SpaceNext50 Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

Основные понятия кипения

Кипение — это физический процесс, при котором жидкость переходит в газообразное состояние при достижении определенной температуры – температуры кипения.

Основные понятия, связанные с кипением:

Температура кипения – это температура, при которой давление насыщенного пара становится равным атмосферному давлению. Для каждой жидкости эта температура своя и остается постоянной при постоянном атмосферном давлении.
Давление насыщенного пара – это давление, которое оказывает пар на поверхность жидкости при кипении при определенной температуре. Чем выше температура, тем выше давление насыщенного пара.
Температура вспышки – это минимальная температура, при которой жидкость начинает испаряться и образовывать пары, способные поддерживать самовозгорание.
Кипящая точка – это температура, при которой жидкость переходит в пар при нормальных условиях атмосферного давления.

Кипение отличается от испарения тем, что происходит на всей поверхности жидкости и процесс сопровождается формированием пузырьков пара.

Эти основные понятия могут быть полезными при изучении и понимании явления кипения в физике.

Температурный фактор

Если взять две одинаковые кастрюли с одинаковым объемом воды, но одна из них будет заполнена горячей водой, а другая холодной, то горячая вода закипит гораздо быстрее. Это связано с тем, что горячая вода уже находится близко к температуре кипения, поэтому ей требуется меньше времени для достижения этой точки.

С другой стороны, холодная вода требует значительно больше энергии для достижения температуры кипения. Когда вода нагревается, молекулы воды начинают двигаться быстрее, что приводит к повышению ее температуры. Чем холоднее вода, тем медленнее молекулы двигаются, и, соответственно, тем дольше требуется для закипания.

Поэтому, если вы хотите быстро закипятить воду, то наиболее эффективным способом будет использование горячей воды вместо холодной. Это может быть особенно полезно, если у вас есть ограниченное количество времени или если вам нужно быстро приготовить пищу.

Механизмы кипения воды: образование и отрыв пузырьков пара

Кипение воды — это фазовый переход вещества из жидкого состояния в газообразное состояние при достижении определенной температуры и давления. Одним из важных моментов при кипении является образование и отрыв пузырьков пара.

Механизмы образования пузырьков пара определяются присутствием газовых примесей в воде, наличием неровностей на поверхности или наличием ядер кипения. Газовые примеси в воде снижают ее поверхностное натяжение, что способствует образованию пузырьков. Неровности на поверхности снижают энергию необходимую для образования пузырьков, а ядра кипения — контактные поверхности, на которых происходит начальное образование пузырьков пара.

Образовавшиеся пузырьки пара вначале растут, собирая пар из окружающего объема жидкости. Затем, при достижении определенного размера, происходит отрыв пузырьков от поверхности и их всплеск. Это происходит из-за разницы в давлении внутри пузырька и внешней атмосферы. При достижении давления насыщенного пара, пузырек отрывается и пар вырывается наружу.

Отрыв пузырьков пара сопровождается характерным звуком, называемым шипением. Этот звук возникает из-за колебаний воздушных колонок, образованных из-за быстрого движения паровой струи.

Механизмы образования и отрыва пузырьков пара являются важными при кипении воды, и их понимание помогает объяснить процесс кипения и использовать его в различных сферах, например, при работе кипятильников, кипятильных аппаратов, паровых котлов и т.д.

Свойства кипения

Таким образом, кипение начинается тогда, когда давление насыщенного пара сравнивается с давлением внутри жидкости. Из формулы уравнения Менделеева — Клапейрона следует, что это давление растёт с повышением температуры. Если увеличить внешнее давление, то это приведёт к увеличению давления насыщенного пара, следовательно, кипение прекратится. И наоборот, при уменьшении внешнего давления жидкость может начать кипеть даже без подвода к жидкости дополнительного тепла.

Ещё одним свойством рассматриваемого явления является то, что оно возможно лишь тогда, когда температура жидкости достигает определённой точки, называемой «температурой кипения». И в этот момент температура воды перестаёт увеличиваться, несмотря на нагревание. Происходит это потому, что все молекулы, набирающие достаточную энергию, сразу переходят в газ, по всему объёму жидкости. В жидкости остаются только более медленные молекулы с меньшей температурой. Как только эти молекулы «нагреваются», они также покидают жидкость.

Получается, что в процессе кипения вся тепловая энергия, подводимая к жидкости, тратится на образование пара, а не на нагревание жидкости. Каждый килограмм пара для образования требует некоторое количество тепловой энергии, и эта энергия называется удельной теплотой кипения, или парообразования. Для её определения используются справочные таблицы. Температура пара при этом равна температуре жидкости (для воды в нормальных условиях — 100 °С).

Поэтому невозможно довести воду до кипения при нагревании «на водяной бане». Температура в кипящей водяной бане будет равна 100 °С, и она будет такой же, как температура нагреваемой воды. Подвод дополнительного тепла к нагреваемой жидкости прекратится. А для кипения требуется дополнительное тепло. То есть нагревание на водяной бане используется тогда, когда надо максимально приблизиться к кипению жидкости, но не вскипятить её.

Рис. 3. Нагревание на водяной бане

Что мы узнали?

Кипение — это переход жидкости в газообразное состояние сразу по всему объёму жидкости. Такой переход начинается тогда, когда давление насыщенного пара сравняется с давлением внутри жидкости. Во время кипения температура жидкости не повышается потому, что всё подводимое тепло уходит на газообразование.

/10

Вопрос 1 из 10