Какие факторы влияют на закипание?
На кипение влияет множество факторов:
- количество воды;
- наличие примесей;
- емкость, в которой она содержится;
- температура окружающей среды;
- высота, где происходит кипячение;
- давление атмосферы;
- мощность источника тепла.
Чем выше изначальная температура воды и воздуха вокруг, тем быстрее начнётся кипение: на нагревание будет затрачено меньше энергии, а значит, меньше времени уйдёт на её получение.
Также часть тепла забирает ёмкость, в которой содержится вода, ведь она должна дойти до нужной температуры ещё раньше, чем ее содержимое. Поэтому посуда с более тонкими стенками, сделанная из легко проводящего тепло материала, например, металла, лучше подходит для кипячения.
От массы, а значит и от объёма вещества, кипение находится в обратной зависимости. Чем больше вес, тем больше энергии требуется на его нагревание, тем дольше будет необходимо ждать.
При прочих равных условиях вода без соли и других примесей закипает несколько быстрее, чем солёная. Однако, если концентрация соли очень низкая, этой разницы может быть практически незаметно.
Давление также влияет на процесс. Чем оно выше, тем дольше будет закипать вода, потому что давление атмосферы как бы удерживает пузырьки газа внутри, а испаряться она начинает тогда, когда давление пара уравнивается с атмосферным.
Соответственно, влияние оказывает также высота, на которой происходит кипячение, ведь с высотой давление уменьшается, как и температура кипения, потому что слой атмосферы сверху становится тоньше.
Эта разница мало заметна, если сравнивать первый этаж жилого дома с пятым, однако становится ощутима, если речь идёт, например, о подъеме в горы.
В вакууме температура кипения всех веществ очень сильно снижается из-за понижения давления, обычно отличие составляет 100-200 градусов. Для воды она стремится к нулю по мере уменьшения количества воздуха, оставшегося в сосуде.
Не менее важны характеристики источника тепла. Чем больше его мощность, то есть количество выделяемой им энергии за единицу времени, тем быстрее идет процесс кипячения. На практике это означает, что на более сильном огне или при большей температуре конфорки на электроплите вода закипит скорее.
Свойства насыщенного пара
- При постоянной температуре плотность насыщенного пара не зависит от его объема.Представим себе уменьшение объема емкости с насыщенным паром без изменения температуры.
Количество молекул, которые переходят из пара в жидкость, будет превышать количество молекул, которые испаряются, но часть пара будет конденсироваться, а оставшийся пар вернется к динамическому равновесию. Следовательно, плотность этого пара будет равна начальной плотности.
- Давление насыщенного пара не зависит от его объема.Это связано с тем, что давление и плотность связаны уравнением Менделеева-Клапейрона и вытекают из первого свойства насыщенного пара.
Кстати, уравнение Менделеева-Клапейрона справедливо для насыщенного пара. В этом случае нужно быть осторожным с частными случаями. Так, например, закон Бойля-Мариотта для насыщенного пара не выполняется.
Уравнение Менделеева-Клапейрона pV = νRT
p — давление газа Па
V — объем м3
ν — количество вещества моль
T — температура K
R — универсальная газовая постоянная
R = 8,31 м2 × кг × с-2 × К-1 × моль-1
- При постоянном объеме плотность насыщенного пара увеличивается с повышением температуры и уменьшается с понижением температуры.В начальный момент испарения будет нарушено динамическое равновесие (часть жидкости испарится дальше). Плотность пара будет увеличиваться до восстановления динамического равновесия.
- Давление и температура насыщенного пара растут быстрее, чем линейно, что верно для идеального газа.В случае идеального газа повышение давления происходит только из-за повышения температуры, а в случае насыщенного пара учитываются два фактора: температура и масса пара.
Когда насыщенный пар нагревается, молекулы начинают чаще сталкиваться, так как их вообще больше, потому что пара больше.
Основное отличие насыщенного пара от идеального газа: сам пар не является замкнутой системой, а находится в постоянном контакте с жидкостью.
Влияние давления
Мы уже выяснили, что для того, чтобы вскипятить жидкость, необходимо уравнять давление жидкого вещества и пара. Поскольку давление воды складывается из атмосферного давления и давления самой жидкости, есть два способа изменить время кипения:
- перепады атмосферного давления;
- изменение давления в самом сосуде.
Первый случай мы можем наблюдать на территориях, расположенных на разной высоте над уровнем моря. На побережье температура кипения составит 100 ° C, а на вершине Эвереста — всего 68 ° C. Исследователи подсчитали, что каждые 300 метров температура точки кипения воды падает на 1 ° C по мере подъема горы.
Эти значения могут варьироваться в зависимости от химического состава воды и наличия примесей (солей, ионов металлов, растворимых газов).
Для получения кипятка часто используются чайники. Температура кипения воды в чайнике также зависит от того, где вы живете. Альпинистам мы рекомендуем использовать автоклавы и скороварки, которые помогают разогреть кипящую воду и ускорить процесс приготовления.
Давление
Давление – это физическая величина, характеризующая силу, с которой газ или жидкость действуют на поверхность. Оно оказывает существенное влияние на процессы, происходящие с водой и вызывающие ее закипание.
При нагревании воды молекулы воды начинают быстрее двигаться, возрастает их кинетическая энергия. При этом межмолекулярные силы слабеют, что позволяет молекулам легче расходиться, разделяться и переходить в парообразное состояние.
Давление воды при закипании зависит от нескольких факторов:
- Температуры: С увеличением температуры поддерживается более интенсивное движение молекул, что приводит к повышению давления.
- Высоты: С ростом высоты над уровнем моря атмосферное давление уменьшается, что также снижает точку кипения воды.
- Давление окружающей среды: Возрастает энергия, необходимая для перехода молекул воды в пар, что повышает температуру закипания.
При достижении температуры закипания, давление насыщенного пара становится равным атмосферному давлению, и жидкость начинает закипать. После этого молекулы воды продолжают преобразовываться в пар, образуя так называемый «кипящий поток».
Сколько времени нужно, чтобы закипятить воду в микроволновке?
Микроволновая печь, вероятно, является одним из величайших изобретений со времен колеса .
Микроволны быстро нагревают пищу и жидкости с помощью электромагнитных волн, которые вызывают трение между молекулами — это то, что помогает быстро нагревать вещи.
При нагревании воды в микроволновой печи важно перемешивать воду, так как электромагнитные волны нацелены на случайные молекулы, которые вызывают нагревание только определенных участков. Это может привести к образованию карманов с кипящей водой между слоями более холодной воды
Это может привести к образованию карманов с кипящей водой между слоями более холодной воды.
Количество ватт микроволновой печи будет определять количество времени, которое требуется воде для кипячения воды .
| Вт | Время |
|---|---|
| 600 Вт | 4 минуты |
| 700 Вт | 3 минуты |
| 800 Вт | 2 ½ минуты |
| 1000 Вт | 2 минуты |
| 1200 Вт | 1 ½ минуты |
При кипячении воды в микроволновой печи обязательно используйте посуду, пригодную для использования в микроволновой печи! Обязательно держите миску в прихватках или кухонных полотенцах, так как миска будет очень горячей!
Не переполняйте чашу и следите за тем, чтобы не пролить горячую воду при извлечении воды из микроволновой печи.
Сколько по времени закипает?
Становится понятно, что время кипения сильно зависит от условий, при которых оно происходит.
Чтобы узнать количество времени (секунд) точно до закипания, можно воспользоваться формулой: t= (c1m1t°C1+ c2m2t°C2 +Lm) / N
Величины:
- c1, L — табличные величины, теплоемкость и удельная теплота парообразования воды;
- m1 — ее масса;
- t°C — разница между изначальной и нужной для кипения температурой;
- N — мощность нагревательного прибора;
- m2 и c2 — характеристики емкости, в которой проводится кипячение (масса и теплоемкость).
Даже эта формула учитывает не все, ведь также существуют потери тепла, которое уходит в окружающую среду.
Однако такая точность редко бывает нужна в быту, кроме того, необходимые данные для расчётов получить затруднительно. Чаще всего кипение литра воды на плите при достаточно большом огне занимает около 10 минут. Здесь некоторую роль играет материал, из которого сделана посуда. Быстрее всего нагревается металл.
Температура воды
Обычно считается, что горячая вода закипает быстрее, поскольку она имеет более высокую температуру, чем холодная. Однако, на самом деле, все не так просто и ответ на вопрос «какая вода закипит быстрее» может быть неоднозначным.
Закипание воды происходит при достижении определенной критической температуры. Для холодной воды она составляет 100 градусов Цельсия, а для горячей — 100 градусов Цельсия. Таким образом, оба вида воды закипят при одинаковой температуре.
Однако, если речь идет о времени, за которое вода начнет закипать, здесь может быть разница. Горячая вода уже находится ближе к критической температуре, поэтому ей потребуется меньше времени для нагревания и достижения этой отметки. В отличие от нее, холодная вода требует больше энергии и времени, чтобы нагреться и доходить до точки закипания.
Таким образом, можно сказать, что горячая вода, будучи уже нагретой, закипит быстрее холодной воды, которая нуждается во времени для нагревания до критической температуры. Однако, сам процесс закипания для обоих видов воды происходит при одинаковой температуре.
Холодная вода
Холодная вода, несмотря на свою низкую температуру, может закипеть быстрее, чем горячая. Все зависит от условий нагревания и начальной температуры воды. Если начальная температура горячей воды уже очень близка к точке кипения, то она будет закипать быстрее, чем холодная.
Однако если температура горячей воды находится далеко от точки кипения, а холодная вода приближается к комнатной температуре, то холодная вода может закипеть раньше. Это связано с тем, что процесс нагревания горячей воды до точки кипения может занять большее количество времени, чем нагревание холодной воды до той же температуры.
Таким образом, чтобы определить, какая вода закипит быстрее — горячая или холодная, необходимо учитывать начальную температуру воды и условия нагревания. Оба вида воды могут закипеть быстро или медленно в зависимости от этих факторов.
Горячая вода
Горячая вода закипает быстрее, чем холодная. Это связано с тем, что горячая вода уже имеет более высокую температуру, чем комнатная или холодная вода. Молекулы в горячей воде двигаются более быстро, что способствует более интенсивному процессу кипения.
Когда вода нагревается, ее молекулы получают больше энергии, что позволяет им двигаться с большей скоростью. Как только температура горячей воды достигает точки кипения, энергия начинает переходить в пар, приводя к образованию пузырей и возникновению кипения.
С другой стороны, холодная вода требует большего количества времени и энергии для нагрева до точки кипения. Молекулы в холодной воде двигаются более медленно, и им требуется больше времени для достижения критической температуры.
Итак, горячая вода закипит быстрее, чем холодная, благодаря более высокой начальной температуре и более интенсивному движению молекул.
Давление и температура при кипении
Кипение – это физический процесс, при котором жидкость переходит в газообразное состояние при достижении определенной температуры. В случае с водой, это происходит при температуре 100 градусов Цельсия на уровне моря. Однако температура кипения может варьироваться в зависимости от давления внешней среды.
Как правило, при повышении атмосферного давления, температура кипения также повышается. Это означает, что для кипения воды при более высоком давлении требуется большая температура. Например, в высокогорных районах, где атмосферное давление ниже, вода будет кипеть уже при температуре ниже 100 градусов Цельсия.
С другой стороны, при уменьшении атмосферного давления, кипение происходит при более низкой температуре. Это можно наблюдать, например, при варке воды в горах, где атмосферное давление ниже, и вода начинает кипеть раньше. Также этот феномен можно наблюдать при использовании вакуумных систем для приготовления пищи.
Для понимания связи между давлением и температурой при кипении можно использовать таблицу, называемую «диаграммой состояний вещества». Эта таблица показывает, какие температуры соответствуют определенным давлениям. На основании этой таблицы можно сделать вывод, что при нормальных условиях давление находится в пределах, позволяющих воде кипеть при 100 градусах Цельсия.
Диаграмма состояний вещества (воды)
Давление (атм)
Температура кипения (градусы Цельсия)
0.001
-38
0.01
9
0.1
33
1
100
10
179
100
374
Таким образом, для кипения воды, важными факторами являются давление и температура. Повышение давления приводит к повышению температуры кипения, а уменьшение давления – к понижению. Понимание этих факторов позволяет более точно контролировать кипение воды и успешно использовать бытовые приборы, такие как чайники или кастрюли.
Испарение и конденсация
Молекулы в жидкости движутся непрерывно и хаотично. Это означает, что направление движения отдельных молекул является случайным. При этом жидкость сохраняет свой объем. Кроме того, молекулы притягиваются друг к другу силами притяжения, поэтому жидкость не может покинуть Омск.
Значения скорости молекул случайны. По этой причине среди всех молекул обязательно есть те, которые движутся очень быстро. Если такая молекула расположена вблизи границы раздела между жидкостью и окружающей средой, ее кинетическая энергия может достичь высокого значения, и молекула покинет жидкость.
Собственно, именно так и происходит процесс испарения (об этом мы говорили выше, когда говорили о фазовых переходах). Когда испаряется много молекул, образуется пар.
возможен и обратный процесс: молекулы, вышедшие из жидкости, вернутся в жидкость. Это сгущение, мы тоже об этом говорили.
Если открыть емкость с жидкостью, испарившиеся молекулы покинут пространство над жидкостью и больше не вернутся. При этом количество жидкости уменьшится. То есть жидкость испаряется, а пар не конденсируется (потому что молекулы этого пара удаляются из жидкости) — так происходит сушка.
Испарение может происходить с разной скоростью. Чем больше силы притяжения молекул друг к другу, тем меньше количество молекул в единицу времени, которые могут преодолеть эти силы притяжения и улететь, и тем ниже скорость испарения.
Жидкости, такие как эфир, ацетон и спирт, быстро испаряются. Из-за этого свойства их иногда называют летучими жидкостями. Чем медленнее вода. Нефть и ртуть испаряются намного медленнее, чем вода.
Стадии кипения воды
Процесс кипения воды состоит из трёх стадий:
– начало первой стадии – проскакивание со дна чайника или любого другого сосуда, в котором вода доводится до кипения, крошечных пузырьков воздуха и появления на поверхности воды новых образований пузырьков. Постепенно количество таких пузырьков увеличивается.
– на второй стадии кипения воды происходит массовый стремительный подъём пузырьков вверх, вызывающий сначала лёгкое помутнение воды, которое затем переходит в «побеление», при котором вода внешне напоминает струю родника. Это явление называется кипением белым ключом и крайне непродолжительно.
– третья стадия сопровождается интенсивными процессами бурления воды, появления на поверхности крупных лопающихся пузырей и брызг. Большое количество брызг означает, что вода сильно перекипела.
Кстати, если Вы любите попить чайку, заваренного на чистой природной воде, то для этого можно сделать заказ, не выходя из дома, на сайте, к примеру: http://www.aqualeader.ru/. После чего компания по доставке воды привезет ее на дом.
Простые наблюдатели уже давно обратили внимание на тот факт, что все три стадии кипения воды сопровождаются различными звуками. Вода на первой стадии издаёт едва различимый тонкий звук
Во второй стадии звук переходит в шум, напоминающий гул пчелиного роя. На третьей стадии звуки кипящей воды теряют равномерность и становятся резкими и громкими, хаотически нарастая.
Все стадии кипения воды легко проверяются опытом. Начав нагревать воду в открытой стеклянной ёмкости и периодически замеряя температуру, спустя краткий промежуток времени мы начнём наблюдать пузырьки, покрывающие дно и стенки ёмкости.
Давайте подробнее остановимся на пузырьке, возникающем около дна. Постепенно наращивая объём, пузырёк увеличивает и площадь соприкосновения с прогревающейся водой, которая ещё не достигла высокой температуры. В результате этого находящиеся внутри пузырька пар и воздух охлаждаются, вследствие чего давление их уменьшается, и тяжесть воды лопает пузырёк. Именно в этот момент вода издаёт характерный для закипания звук, возникающий из-за столкновений воды с дном ёмкости в тех местах, где лопаются пузырьки.
По мере приближения температуры в нижних слоях воды к 100 градусам Цельсия внутрипузырьковое давление уравнивается с давлением воды на них, в результате чего пузырьки постепенно расширяются. Увеличение объёма пузырьков приводи и к увеличению действия на них выталкивающей силы, под действием которой наиболее объёмные пузырьки отрываются от стенок ёмкости и стремительно поднимаются вверх. В том случае, если верхний слой воды ещё не достиг 100 градусов, то пузырёк, попадая в более холодную воду, теряет часть водяных паров, конденсирующихся и уходящих в воду. При этом пузырьки снова уменьшаются в размере и опускаются вниз под действием силы тяжести. Возле дна они снова набирают объём и поднимаются вверх, и именно эти изменения пузырьков в размерах создают характерный шум закипающей воды.
К моменту, когда весь объём воды достигает 100 градусов, поднимающиеся пузырьки уже не уменьшаются в размере, а лопаются на самой поверхности воды. При этом происходит выброс пара наружу, сопровождаемый характерным бульканьем – это означает, что вода кипит. Температура, при которой жидкость достигает кипения, зависит от давления, которое испытывает её свободная поверхность. Чем больше это давление – тем большая требуется температура, и наоборот.
То, что вода закипает при 100 градусах Цельсия – общеизвестный факт. Но стоит учесть, что такая температура справедлива только при условии нормального атмосферного давления (около 101 килопаскаля). С увеличением давления температура, при которой жидкость достигает кипения, тоже возрастает. К примеру, в кастрюлях-скороварках пища варится под давлением, приближающимся к 200 килопаскалям, при котором температура кипения воды составляет 120 градусов. В воде с такой температурой варение протекает гораздо быстрее, чем при обычной температуре кипения – отсюда и такое название кастрюли.
Соответственно, понижение давления понижает и температуру кипения воды. К примеру, жители горных районов, обитающие на высоте 3 километров, добиваются кипения воды быстрее жителей равнин – все стадии кипения воды происходят быстрее, поскольку для этого необходимо всего 90 градусов при давлении 70 килопаскалей. Но сварить, к примеру, куриное яйцо жители гор не могут, поскольку минимальная температура, при которой белок сворачивается – как раз 100 градусов Цельсия.
Рубрика: Это интересно |
Метки: интересности
Физическое явление, знакомое каждому: кипение воды и его особенности
Существует множество физических явлений, над которыми обычно никто не задумывается — настолько они стали привычны и обыденны.
Однако иногда бывает полезно узнать о них подробнее. Одним из таких явлений является кипение воды.
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.
Заключение
Закипание воды в чайнике зависит прежде всего от атмосферного давления и наличия растворенных солей. Стандартно кипение происходит при 100С. На время закипания влияет объем, свойства материала и характеристики конструкции емкости, тип и мощность нагревательного элемента.
Перед закипанием шум затихает, а пузыри увеличиваются в размере и достигают поверхности. При этом пар, образующийся из чайника, имеет одинаковую с кипящей водой температуру.
Как определить, что H2O начинает кипеть?
Существует несколько способов проверить, что вода в чайнике вот-вот начнет кипеть:
- Постепенно нарастающий шум во время нагрева начинает утихать.
- Температура воды близка к точке кипения.
- На поверхность начинают всплывать и раскрываться большие пузыри пара.
Заключение
Хотя с точки зрения физики кипение — далеко не самый сложный процесс, говорить о нем можно долго, так как он связан со множеством факторов, под воздействием которых особенности его протекания несколько отличаются.
Даже общие знания из этой области могут быть полезны и найдут практическое применение, ведь в быту с необходимостью вскипятить воду регулярно сталкивается каждый.
Температура кипения и как ее найти на графике
На рисунке 5 представлен температурный график нагревания воды. Температуру кипения можно определить по горизонтальной линии, обозначающую процесс кипения. Нужно продолжить эту линию пунктиром по направлению к вертикальной оси температур. Точка, в которой пунктир упрется в ось и будет температурой кипения жидкости.
Рис. 5. Если на графике температуры найти горизонтальную линию кипения, а потом провести пунктир к оси температуры, мы найдем температуру кипения
Температуры кипения некоторых веществ
Сравним для наглядности значения температуры кипения некоторых веществ.
Нам известно, что температура кипения питьевой воды равна 100 градусам на шкале Цельсия.
При комнатной температуре некоторые вещества пребывают в газообразном состоянии, но при более низких температурах они превращаются в жидкости. Например, кислород превращается в кипящую жидкость при минус 183 градусах Цельсия.
В противоположность этому, вещества, которые мы привыкли видеть твердыми при комнатной температуре, в кипящую жидкость превратятся при более высоких температурах. К примеру, медь станет кипящей жидкостью при 2567 град. Цельсия, а железо – при 2500 град. Цельсия
На рисунке 6 представлен список некоторых веществ и указана температура, при которой эти вещества кипят.
Рис. 6. Таблица — температура кипения некоторых веществ
Расширенный список жидкостей и их температуру кипения можно найти в справочнике физики.
Через сколько минут обычно закипает вода в кастрюле чтоб туда макароны бросать?
Смотря сколько нальёшь воды в кострюлю и сколько надо положить макарон, обычно на большом огне у меня закипает через 9-10 минут.
увидите когда начинает бурлить вода она закепела подсолите и смело бросайте макароны не забудте помешать
не забыли ли воду посолить, вскипела, засыпте макароны ( можно гречу) помешайте и ждите готовности. макароны главное не переварить. . на дуршлаг промыть.. . можно на сковородку высыпать, разбить туда яйцо. . и перемешать ( масло перед этим на сковороду). отварить сардельки или сосиски. . приятного аппетита. !
-
Корин ведьмак кто это
-
My summer car как заказать детали
-
The division 2 trial что это
-
Как сделать из тяжелой брони легкую скайрим
- Как отключить инструктора в war thunder
Как кипит H2O в таких условиях?
Частицы воздуха всегда присутствуют в любой емкости, наполненной водой. Они остаются на микроскопических трещинах на стенках емкости. По мере нагревания пузырьки увеличиваются и становятся видимыми невооруженным глазом, особенно на стенках банки и ее дне. На самом деле это капли насыщенного пара, растворенного в воде.
В определенный момент пузыри под действием силы Архимеда начинают выталкиваться. Вода кипит, но еще не кипит. Это связано с тем, что нагрев происходит неравномерно.
Когда температура на дне корабля уже достигла 100 ° C, но еще не на поверхности воды, поверхностное натяжение и атмосферное давление не позволяют частицам покинуть корабль. Они возвращаются, теряя температуру.
Когда степень нагрева поверхности и нижних слоев уравняется, вещество закипает. В вакууме частицам легче покидать объем сосуда. Этому препятствует только поверхностное натяжение, поэтому кипение начинается при более низкой температуре.
Свойства испарения
Что еще влияет на скорость закипания?
На этот показатель влияют:
- Наличие в воде примесей. Раньше закипит чистая. Перед закипанием молекулы примесей, не способных улетучиваться, занимают на поверхности место молекул воды, покинувших жидкость. Они тормозят процесс кипения.
- Атмосферное давление. Закипание происходит, когда давление внутри пузырьков становится равным атмосферному, и они получают возможность всплывать на поверхность.
- То, в какой, открытой или закрытой посуде происходит кипячение. В открытой посуде происходит испарение воды. При этом улетают молекулы с большей кинетической энергией. В результате внутренняя энергия воды уменьшается. Для закипания требуется ее повысить с помощью нагревателя. Для этого требуется время.