Для чого чоловік почав кип'ятити воду перед її безпосереднім вживанням? Правильно, щоб убезпечити себе від багатьох хвороботворних бактерій і вірусів. Ця традиція прийшла на територію середньовічної Росії ще до Петра Першого, хоча вважається, що саме він завіз перший самовар в країну і ввів обряд неквапного вечірнього чаювання. Насправді якусь подобу самоварів наш народ використав ще в стародавній Русі для приготування напоїв з трав, ягід і коренів. Кип'ятіння вимагалося тут в основному для вилучення корисних екстрактів рослин, ніж для знезараження. Адже в ту пору навіть не було відомо про мікросвіті, де ці бактерії з вірусами мешкають. Однак завдяки кип'ятіння нашу країну обходили стороною світові пандемії страшних захворювань, таких як холера або дифтерія.
Шкала Цельсія
Великий метеоролог, геолог і астроном з Швеції Андерс Цельсій спочатку використовував значення в 100 градусів для позначення точки замерзання води при нормальних умовах, а температура кипіння води була прийнята за нуль градусів. І вже після його смерті 1744 році не менш відома особистість, ботанік Карл Лінней і приймач Цельсія Мортен Штремер, перевернули цю шкалу для зручності її використання. Однак, за іншими відомостями, це зробив сам Цельсій незадовго до своєї кончини. Але в будь-якому випадку стабільність показань і зрозуміла градуювання вплинули на повсюдне поширення її використання серед найпрестижніших на той час наукових професій - хіміків. І, незважаючи на те що в перевернутому вигляді відмітка шкали в 100 градусів встановлювала точку стабільного кипіння води, а не початку її замерзання, шкала стала носити ім'я першорядного її творця, Цельсія.
Нижче атмосфери
Однак не все так просто, як здається на перший погляд. Поглянувши на будь-яку діаграму стану в P-T - або P-S-координатах (ентропія S функціональна від температури в прямій залежності), ми побачимо, як тісно пов'язані між собою температура і тиск. Так само і температура кипіння води в залежності від тиску змінює свої значення. І будь альпіністові чудово знайоме це властивість. Кожен, хто хоч раз в житті осягав висоти понад 2000-3000 метрів над рівнем моря, знає, наскільки важко дихається на висоті. Це з-за того, що чим вище ми піднімаємося, тим разреженнее стає повітря. Атмосферний тиск падає нижче однієї атмосфери (нижче н. у., тобто нижче "нормальних умов"). Падає і температура кипіння води. В залежності від тиску на кожній з висот вона може закипати як за вісімдесят, так і при шістдесяти градусах Цельсія.
Скороварки
Однак слід пам'ятати, що хоч основні мікроби гинуть при температурах вище шістдесяти градусів Цельсія, багато можуть вижити при вісімдесяти і більше градусах. Саме тому ми добиваємося кип'ятіння води, тобто доводимо її температуру до 100 °С. Проте є цікаві кухонні прилади, що дозволяють скоротити час і нагрівати рідина до високих температур, без її кип'ятіння і втрати маси за допомогою випаровування. Розуміючи, що температура кипіння води в залежності від тиску може змінюватися, інженери з США на основі французького прототипу представили світу в 1920-х роках скороварку. Принцип її дії заснований на тому, що кришка щільно притискається до стінок, без можливості відводу пари. Всередині створюється підвищений тиск, і вода закипає при більш високих температурах. Однак такі девайси досить небезпечні і нерідко приводили до вибуху та серйозних опіків користувачів.
В ідеалі
Давайте розглянемо, як настає і проходить сам процес. Уявімо собі ідеально гладку і нескінченно велику поверхню нагріву, де розподіл теплоти відбувається рівномірно (на кожному квадратному міліметру поверхні підводиться однакову кількість теплової енергії), а коефіцієнт шорсткості поверхні прямує до нуля. У цьому випадку при н. у. кипіння в ламінарному погранслое буде починатися одночасно по всій площі поверхні і відбуватися моментально, відразу випаровуючи весь одиничний об'єм рідини, що знаходиться на її поверхні. Це ідеальні умови, в реальному житті такого не буває.
В реальності
Давайте з'ясуємо, яка початкова температура кипіння води. В залежності від тиску вона теж змінює свої значення, однак основний момент тут криється ось в чому. Навіть якщо ми візьмемо саму гладку, на наш погляд, каструлю і поднесем її під мікроскоп, то в його окулярі ми побачимо нерівномірні краю і часті гострі піки, виступаючі над основною поверхнею. Теплота до поверхні каструлі, будемо вважати, підводиться рівномірно, хоча в реальності це теж не зовсім вірне твердження. Навіть коли каструля стоїть на самій великій конфорці, на плиті градієнт температур розподіляється нерівномірно, і завжди існують локальні зони перегріву, відповідальні за раннє кипіння води. Скільки градусів при цьому на піках поверхні і в її низинах? Піки поверхні при безперебійному підведенні теплоти прогріваються швидше низин і так званих западин. Більш того, оточені з усіх сторін водою з низькою температурою, вони краще віддають енергію молекулам води. Коефіцієнт температуропровідності піків в півтора-два рази вище, ніж у низин.
Температури
Саме тому початкова температура кипіння води становить близько вісімдесяти градусів Цельсія. При цьому значенні піки поверхні підводять достатня кількість теплоти, необхідної для миттєвого скипання рідини і утворення перших бульбашок, видимих оку, які боязко починають підніматися до поверхні. А яка температура кипіння води при нормальному тиску - запитують багато. Відповідь на це питання можна без зусиль знайти в таблицях. При атмосферному тиску стабільне кипіння встановлюється при 999839 °С.
