Просто о сложном: все о кипении воды в чайнике, температуре и других нюансах процесса

Содержание

Просто о сложном: все о кипении воды в чайнике, температуре и других нюансах процесса

Кипячение воды в чайнике – насущное ежедневное занятие. Однако далеко не каждый знает, от чего зависит температура закипания, сколько времени понадобится, чтобы в тех или иных условиях довести чайник до нее и каковы причины возникающих при этом различных неполадок.

Рассмотрим детально основные аспекты этого процесса: какова температура кипения воды в чайнике, от чего зависит закипание жидкости и т.д.

Температура кипения воды в зависимости от давления: 4 фактора, таблица для расчёта

Интересные факты о воде

Многие люди думают, что температура кипения воды составляет 100°C. Однако этот показатель может меняться в зависимости от атмосферного давления.

Например, на горе Эверест на подъеме 8842 метра над уровнем моря вода закипит при +70°C. А в глубокой шахте при достижении температуры + 103°C

В данной статье мы выясним, как будет меняться температура кипения воды в зависимости от давления: в горах, шахте, вакууме. Рассмотрим особенности процесса кипячения с точки зрения физики и химии.

Все самое интересное о температуре закипания воды

при какой температуре вода начинает кипеть

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.

Температура кипения воды: этапы закипания жидкости

Кипение — это быстрое испарение жидкости, происходящее, когда жидкость нагревается до определенной температурной точки. При температуре кипения давление паров жидкости равно давлению, оказываемому на жидкость окружающей атмосферой. Чем выше давление, тем выше температура кипения.

Кипячение воды используется как способ ее обеззараживания. Чувствительность различных микроорганизмов к теплу изменяется, но если вода удерживается при 70° C (158° F) в течение десяти минут, многие организмы погибают, но некоторые из них более устойчивы к теплу и требуют одной минуты при температуре кипения воды.

Также кипячение применяется для приготовлении пищи. Продукты, пригодные для варки, включают в себя:

  • овощи;
  • крахмалистые продукты, такие как рис;
  • макаронные изделия;
  • яйца;
  • мясо и т. д.

Удельное парообразование воды: формула, физика процесса

Интересные факты о воде

В мире столько всего, на первый взгляд, привычного, о чем многие из нас даже не задумываются и не пытаются глубже проникнуть в происходящие процессы.

Например, парообразование. Оно окружает нас повсюду – и в бытовой жизни, и в природе. Пар исходит от стоящего на плите борща, от вскипающего чайника, пар идет изо рта при низкой атмосферной температуре.

Горячий источник

Испарение происходит на поверхности горячего источника

Попытаемся подробнее остановиться на процессе образования пара и выяснить, в чем определяется удельная теплота парообразования воды и что она показывает.

При Какой Температуре Образуется Водяной Пар? — Ответ

Пар воды

???? Еще со школьной программы всем известна способность воды менять свою форму при изменении уровня температуры. Любознательные дети и взрослые интересуются, какая у водяного пара температура. Все зависит от того, как и где он образуется.

По каким признакам и как можно понять, что вода в кастрюле закипает?

Вскипание воды в кастрюле зависит от ряда условий. Играет роль вид источника ее нагревания. Она начинает кипеть при одной температуре, если находится на газовой или электрической плите.

Но для ее вскипания в данных случаях требуется разное количество времени. Процесс закипания можно ускорять разными способами. Определить, что вода начинает закипать, можно по целому ряду признаков.

О том, как понять, что вода закипает в кастрюле, читайте в статье.

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.

От чего зависит закипание в домашних и других условиях?

foto14993-2

Кипением называется усиленное образование пара в массе и на поверхности воды.

Однако традиционное испарение вещества происходит при любых условиях. Закипание же происходит только по достижении определенных условий – температуры и внешнего давления.

Например, для воды в нормальных условиях (760 мм. рт. ст.) этот показатель равняется 100С. С другой стороны, он легко изменяется. Кроме того, на точку кипения влияют различные, растворенные в воде примеси. В большинстве случаев это соли – естественные, придающие жесткость, либо искусственно добавленные, например, пищевая поваренная.

Отметка в 100С – приведена для дистиллированной H2O в нормальных условиях. Стандартно используемая вода – из водопровода, ручья, озера, колодца и т. д. – в действительности является водным раствором различных солей. Поэтому температура ее закипания несколько выше справочного значения.

На существенных возвышенностях, ввиду падения атмосферного давления, кипение начинается раньше. Однако процесс варения – как способ приготовления пищи – не становится быстрее, а, напротив, возрастает и становится затрудненным.

Каждые 300 метров подъема от уровня моря снижают точку закипания на один градус. Альпинисты знают, что высоко в горах котелок закипает при 85-90С и даже ниже.

Как происходит процесс кипения воды?

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.

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

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.

точка росы определение

Почему «цветут» стены и «плачут» окна? Очень часто в этом виноваты строители, неправильно рассчитавшие точку росы. Читайте статью Точка росы: определение 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 прямо тут, оказывается, худеть можно без особых усилий!

От чего зависит вскипание жидкости?

foto15608-2

Закипание жидкости напрямую зависит от температуры. Чем сильнее нагревается емкость, тем интенсивнее прогревается содержимое внутри нее.

За счет этого вода быстрее вскипает, достигнув температуры кипения.

Вскипание также зависит от давления воздуха, которое оказывается на поверхность. Если оно падает, то и температура закипания снижается. Вскипание наступает быстрее. Если давление увеличивается, то и температура вскипания уменьшается. Для закипания потребуется большее температурное воздействие.

Вскипание зависит также от диаметра дна кастрюли. Чем оно больше, тем скорее содержимое закипит внутри нее.

Многое зависит от вида применяемого источника нагревания. Вода вскипает через разный временной промежуток, если для ее нагрева используется газовая или электрическая плита.

От чего зависит интенсивность парообразования

Образование пара из водыВсе вещества состоят из молекул, которые имеют энергию и постоянно движутся. Те из них, которые набрали большую скорость и находятся у границы, могут вырваться. И не важно, при какой температуре вода выделяет пар даже самая холодная жидкость.

Внешнее давление воздуха – это важный критерий. Чем он выше, тем плотнее и быстрее движутся молекулы воздуха. Они «заталкивают» внутрь вылетевшие частички. Теперь нужно обладать большей энергией, повысится значение, при какой температуре появляется пар от воды. Именно это объясняет зависимость точки кипения от давления. Скорость испарения при высоком давлении ниже. Повысится значение, при какой температуре идет пар от воды. Выскочившие с поверхности жидкости молекулы сталкиваются с частичками воздуха. Если им не хватит скорости они вернуться обратно. Насыщенный пар конденсируется в воду. Чем выше энергия воздушных молекул и чем их больше, тем ниже будет испарение. Так происходит при образовании тумана. «Горячие» молекулы воды, сталкиваются с холодным воздухом и отдают энергию. Они переходят в жидкое состояние. Туман, это конденсированный пар. Вспомним завесу над еще не замерзшим озером в холодный день.

Чем больше нагрета жидкость или газ, тем выше энергия частиц. Нагрев повышает скорость парообразования. Все помним, что горячий чай быстрее остывает на морозе. При какой температуре вода превращается в пар с большей скоростью, зависит от разности нагревания чая и внешней среды.
Большие открытые площади будут больше испарять.

При скольки градусах закипает?

Независимо от типа используемого прибора в нормальных условиях вода закипает при следующих значениях температуры (в наиболее распространенных единицах измерения):

Цельсия, 0С Фаренгейта, 0F Кельвина, К
100 212 373,15

Однако следует учесть, что в различных приборах, несмотря на одинаковую точку закипания, время для достижения процесса все же различное.

Как с уменьшением давления снижается температура закипания, так с увеличением она возрастает. Этот принцип нашел практическое применение в кухонных приборах – скороварках.

Показатель кипения в них достигает рекордных для повседневных условий – 120-130С. Это позволяет ускорить процесс готовки пищи (в противоположность горной местности – когда кипит, но не варится).

Удельная теплоемкость

Удельной теплоемкостью вещества называется количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 кг этого вещества, чтобы его температура изменилась на 1 градус Цельсия.

Это количество теплоты необходимое для нагревания массы вещества на один градус.

формула

формула удельной теплоемкости

С — удельная теплоемкость;

Q — кол-во теплоты;

— масса нагреваемого охлаждающегося вещества;

— ΔT — разность конечной и начальной температур вещества.

Стадии кипячения воды

Выделяется три стадии:

  • Первоначальное кипение. Кинетирование жидкости характеризуется ростом количества пузырьков на нагретой поверхности, поднимающихся из дискретных точек, температура которых лишь немного выше жидкостной. Неправильная поверхность емкости может создавать дополнительные места зарождения пузырьков, в то время как исключительно гладкая поверхность, такая как пластик, поддается перегреву. В этих условиях нагретая вода может показывать задержку кипения и температура несколько превышает температуру кипения без образования пузырьков.
  • Критический тепловой поток. Когда температура поднимается выше критической, на поверхности образуется пар. Поскольку эта паровая пленка гораздо менее способна переносить тепло от поверхности, температура быстро возрастает, жидкость переходит в режим кипения. Точка, в которой это происходит, зависит от характеристик кипящей воды и рассматриваемой поверхности нагрева.
  • Переходное состояние. Переходное состояние можно определить как нестабильное кипение, которое происходит на поверхности. Образование пузырьков в нагретой воде представляет собой сложный физический процесс, который часто включает кавитационные и акустические эффекты, такие как шипение широкого спектра, слышимое в чайнике или другой емкости, еще не нагретой до того момента, когда появятся пузырьки.

Если поверхностное нагревание жидкости значительно сильнее, чем внутри нее, тогда тонкий слой пара, который имеет низкую теплопроводность, изолирует поверхность. Это состояние паровой пленки, изолирующей поверхность от жидкости, характеризует кипение пленки.

Стадии кипячения воды

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.

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.

foto23221-3

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.

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.

За какое время?

Время закипания жидкости зависит сразу от нескольких факторов:

foto14993-3

  • 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.

Процесс кипячения воды: 3 основных стадии

Кипение – это интенсивное парообразование, которое происходит при нагревании жидкости по всему объёму при определённой температуре.

Весь процесс кипения воды сопровождается выделением пара. Это одно из состояний воды. При парообразовании температура пара и воды остаются постоянными до тех пор, пока жидкость не изменит свое агрегатное состояние. Это явление объясняется тем, что при кипении вся энергия расходуется в преобразование воды в пар.

В воде растворены молекулы воздуха (газов). При нагревании газ превращается в воздушные пузырьки. При достижении достаточной температуры они лопаются, создаётся характерный шум.

Процесс можно разделить на 3 стадии:

  1. Появление небольших пузырьков вдоль стенок сосуда. Их количество стремительно увеличивается.
  2. Массовый подъем пузырьков и увлечения их объема. Помутнение воды, затем «побеление».
  3. Интенсивное бурление. Пузырьки увеличиваются в размере, поднимаются и лопаются, выпуская пар. Слышен характерный звук кипения.

Что такое кипячёная вода?

Это вода, ранее доведенная до температуры кипения. Сырая вода в своем составе может содержать различные бактерии, микроорганизмы. В водопроводе больших городов много хлора и различных других химических веществ. Процесс кипячения обезвреживает многие микробы. Однако не все бактерии и тяжёлые металлы убиваются в кипящей воде, поэтому питьевая вода происходит предварительную проверку пригодности.

Использование кипячения как метода

Как метод дезинфекции воды, кипячение ее при 100° C (212° F), является самым старым и наиболее эффективным способом, поскольку оно не влияет на вкус, эффективно, несмотря на наличие загрязнений или частиц, присутствующих в нем, и представляет собой одноступенчатый процесс, который устраняет большинство микробов. Рекомендуется только в качестве метода экстренной помощи или для получения питьевой воды в пустыне или в сельской местности, поскольку кипячение не может удалить химические токсины или примеси.

Кипячение также часто используется для удаления излишней соли из определенных продуктов, таких как бекон.

Сколько по времени занимает процесс на газовой плите, электроплите?

На закипание воды в емкости, греющейся на газу и электроплите, уходит разное количество времени. Пол-литра вскипает в таре на газовой плите примерно за 3 минуты.

На кипячение литра уходит чуть больше времени. Обычно вскипание начинается через 5 минут.

Как определить, что H2O начинает кипеть?

Существует несколько способов проверить, что вода в чайнике вот-вот начнет кипеть:

  1. Постепенно нарастающий шум во время нагрева начинает утихать.
  2. Температура воды близка к точке кипения.
  3. На поверхность начинают всплывать и раскрываться большие пузыри пара.

Выводы и рекомендации

Кипячение необходимый процесс для человечества. С помощью него приготавливают пищу, стирают загрязненную одежду, проводят дезинфекцию.

Температура кипения воды в вакууме при различном давлении

Давление (P) — кПа

Температура (t) — °С

Контраст с испарением

При любой заданной температуре все молекулы в жидкости не имеют одинаковой кинетической энергии. Некоторые частицы на поверхности жидкости могут иметь достаточную энергию для выхода из межмолекулярных связей и стать газом. Это называется испарением.

Испарение происходит только на поверхности, а кипячение происходит по всей жидкости. Когда жидкость достигает своей точки кипения, в ней образуются пузырьки газа, которые поднимаются на поверхность и вырываются из нее в воздушное пространство.

Как ускорить?

Чтобы в емкости быстрее образовался кипяток, можно использовать следующие способы:

foto15608-4

  1. Накрыть кастрюлю крышкой. Самый действенный вариант. Крышка не позволит теплу уходить в помещение. Теплоотдача останется высокой. Воде потребуется меньше времени для закипания.
  2. Использовать кастрюлю с широким днищем. Чем больше диаметр емкости, тем скорее в ней начнется процесс кипения. В таре с широким дном нагрев более равномерный.
  3. Использовать самую большую по размеру газовую или электрическую конфорку. Чем больше по диаметру нагревательный источник, тем интенсивнее будет прогреваться дно емкости.

Соль не ускоряет закипание воды. Она лишь вызывает кратковременный эффект появления пузырьков в ней. Особенно это видно при добавлении соли в уже сильно нагретую воду. Но на время ее закипания это не влияет.

Как понять, что жидкость кипит?

По мере приближения к точке кипения в воде появляется все больше пузырьков. Сначала их можно увидеть на стенках сосуда, а потом они начинают всплывать на поверхность, отчего она становится неровной. Пропустить этот момент сложно из-за характерного бурления.

Даже спустя некоторое время после этого испарение будет продолжаться, потому что температура не сразу опустится ниже точки кипения. Например, от чашки горячего чая еще некоторое время идет пар.

Как быстро остывает после?

foto23221-5

Остывание зависит от тех же факторов, что и нагрев: от объема, температуры окружающей среды.

Например, электрочайник, вскипевший за пять минут, будет остывать около двух часов, чтобы дойти до комнатной температуры.

Если объем воды большой, то остывание при прочих равных займет более длительный промежуток времени, а чем холоднее воздух вокруг, тем быстрее охладится и сам кипяток. Его температура будет опускаться до того момента, пока не сравняется с окружающей.

Факты и причины

С кипячением воды иногда возникают сложности и вопросы:

Почему иногда подпрыгивает крышка?

В некоторых случаях крышка чайника подпрыгивает во время кипения в нем воды.

Причин этому бывает несколько:

  1. Емкость заполнена до самого края. Поверхность бурлящей воды выталкивает крышку.
  2. Отверстия в крышке слишком малы и не рассчитаны на то, чтобы выпустить весь пар, образующий в чайнике. Во время интенсивного кипения паровое давление внутри превышает атмосферное. Крышка начинает приподниматься.
  3. Реальный объем налитой воды превышает оптимальный. Образуется пара больше, чем его могут выпустить технологические отверстия (носик, а также пазухи на крышке). В результате крышка выталкивается паровым давлением.

Вода сразу же перестает кипеть?

Процесс кипения динамичен – требует постоянного подвода энергии для поддержки заданной температуры.

Электрический чайник не доводит влагу до кипения?

Причин того, почему электрический чайник выключается, не доводя воду до кипения, может быть несколько:

foto14993-5

    Толстый налет накипи на ТЭНе. Это частая проблема старых чайников, а также когда в него заливают воду с повышенной жесткостью.

Кроме того, если используется стандартный чайник, причиной того, почему вода в нем нагревается, но никак не может закипеть, является неисправность самого электронагревательного прибора.

Как выглядит кипящая H2O?

foto15608-5

Кипяток очень подвижен. На дне тары постоянно образуются крупные пузырьки. Они поднимаются вверх в виде вертикальных столбцов.

На поверхности они быстро лопаются. Некоторые из них какое-то время плавают на поверхности, соединяясь с другими пузырями и лопаясь.

Кипяток в кастрюле бурлит. Над ним непрерывно возникают столбы пара.

Какова температура пара и емкости?

Пар, формирующийся над кипящей водной поверхностью, хорошо проводит тепло. Он нагревается до 100 С. Но такая его температура только у самой водной поверхности. После выделения на поверхность пар стремительно охлаждается. Его градусы падают. Чем дальше от кипящей поверхности, тем меньше градусов становится у пара.

Если у емкости толстые стенки, то ей для закипания воды внутри нее нужен нагрев чуть более 100 С. Она может разогреться и до 110 С, прежде чем содержимое внутри нее начнет кипеть.

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.

Видео по теме статьи

О кипении жидкости расскажет видео:

Температуры кипения воды на разных высотах

Высота над уровнем моря (метры)

Температура закипания воды ( 0 С)

Данные показатели могут меняться, если в состав воды входят примеси. При наличии нелетучих примесей температура кипения воды будет увеличиваться.

Температура кипения дистиллированной воды

Дистиллированная вода – это очищенная вода H2O, в которой практически не содержится каких-либо примесей. Обычно ее используют в медицинских, технических или исследовательских целях.

Дистиллированная вода не предназначена для питья или приготовления пищи. Такую воду производят в специальном оборудовании – дистилляторах, где происходит выпаривание пресной воды и последующая конденсация пара.

Данный процесс называется «дистилляция». 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.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий