Що таке кипіння, відомо ще зі шкільної програми. Тим не менше ці знання швидко випаровуються, і поступово люди припиняють звертати увагу на сутність звичних явищ. Іноді буває корисно згадати теоретичні знання.

Визначення

Що таке кипіння? Це фізичний процес, в ході якого відбувається інтенсивне пароутворення як на вільній поверхні рідини, так і всередині її структури. Однією з ознак кипіння є утворення бульбашок, які складаються з насиченої пари і повітря.

Варто відзначити існування такого поняття, як температура кипіння. Від тиску також залежить швидкість утворення пари. Воно має бути постійним. Як правило, основною характеристикою рідких хімічних речовин є температура кипіння при нормальному атмосферному тиску. Тим не менш на даний процес також можуть вплинути такі фактори, як інтенсивність звукових хвиль, іонізація повітря.

Стадії кипіння води

Неодмінно починає утворюватися пар під час такої процедури, як нагрівання. Кипіння передбачає проходження рідини через 4 стадії:

На дні судини, а також на його стінках починають утворюватися невеликі бульбашки. Це є результатом того, що в тріщинках матеріалу, з якого виготовлена ємність, міститься повітря, що розширюється під впливом високої температури.

Бульбашки починають збільшуватися в об'ємі, в результаті чого вони вириваються на поверхню води. Якщо верхній шар рідини ще не досяг температури кипіння, порожнини опускаються до дна, після чого знову починають прагнути вгору. Цей процес призводить до утворення звукових хвиль. Саме тому під час кипіння води ми можемо почути шум.

На поверхню випливає найбільше кількість бульбашок, що створює враження каламутності води. Після цього рідину блідне. Враховуючи візуальний ефект, дану стадію кипіння називають "білим ключем".

Спостерігається інтенсивне нуртування, що супроводжується утворенням великих бульбашок, які швидко лопаються. Цей процес супроводжується появою бризок, а також інтенсивним утворенням пари.

Питома теплота пароутворення

Практично щодня ми стикаємося з таким явищем, як кипіння. Питома теплота пароутворення являє собою фізичну величину, яка визначає кількість теплоти. З її допомогою рідке речовина може бути звернено у пар. Для того щоб розрахувати цей параметр, потрібно розділити показник теплоти випаровування на масу.

Як відбувається вимір

Показник питомої теплоти освіти вимірюється в лабораторних умовах шляхом проведення відповідних експериментів. Вони включають в себе наступні дії:

відміряють необхідну кількість рідини, яка потім переливається в калориметр;

проводиться первинний завмер температури води;

на пальник встановлюється колба з заздалегідь вміщеного в неї досліджуваним речовиною;

пара, що виділяється досліджуваним речовиною, запускається в калориметр;

проводиться повторний замір температури води;

калориметр підлягає зважуванню, що дозволяє обчислити масу сконденсованого пара.

Бульбашковий режим кипіння

Розбираючись з питанням про те, що таке кипіння, варто відзначити, що воно має декілька режимів. Так, при нагріванні пара може утворюватися у вигляді бульбашок. Вони періодично зростають і лопаються. Такий режим кипіння називається бульбашковим. Зазвичай порожнини, наповнені парою утворюються саме у стінок посудини. Це пов'язано з тим, що вони, як правило, перегріті. Це необхідна умова для кипіння, адже в іншому випадку бульбашки будуть схлопуватися, не досягаючи великих розмірів.

Плівковий режим кипіння

Що таке кипіння? Найпростіше пояснити цей процес як пароутворення при певній температурі і постійному тиску. Крім бульбашкового режиму, виділяють також плівковий. Його сутність полягає в тому, що при посиленні теплового потоку окремі бульбашки об'єднуються, утворюючи паровий шар на стінках посудини. При досягненні критичного показника вони прориваються на поверхню води. Даний режим кипіння відрізняється тим, що ступінь тепловіддачі від стінок посудини до самої рідини значно знижується. Причиною цього стає та сама парова плівка.

Температура кипіння

Варто зазначити, що існує залежність температури кипіння від тиску, який чиниться на поверхню рідини. Так, прийнято вважати, що вода кипить при нагріванні до 100 градусів Цельсія. Тим не менше цей показник можна вважати справедливим лише у тому разі, якщо показник атмосферного тиску буде вважатися нормальним (101 кПа). Якщо ж воно буде збільшуватися, температура кипіння також зміниться у бік підвищення. Так, наприклад, в популярних каструлях-скороварках тиск дорівнює приблизно 200 кПа. Таким чином, температура кипіння підвищується на 20 пунктів (до 20 градусів).

Прикладом низького атмосферного тиску можна вважати гірські райони. Так, враховуючи, що там воно досить невелике, вода починає закипати при температурі близько 90 градусів. Жителям подібних районів доводиться витрачати набагато більше часу на приготування їжі. Так, наприклад, щоб зварити яйце, доведеться нагріти воду не менше, ніж на 100 градусів, інакше білок не згорнеться.

Кипіння речовини залежить від показника тиску насиченої пари. Вплив його на температуру обернено пропорційно. Наприклад, ртуть закипає при нагріванні до 357 градусів Цельсія. Це можна пояснити тим, що тиск насичених парів одно всього лише 114 Па (для води даний показник становить 101325 Па).

Кипіння в різних умовах

В залежності від умов та стану рідини, температура кипіння може істотно відрізнятися. Наприклад, варто додати в рідину сіль. Іони хлору і натрію розміщуються між молекулами води. Таким чином, на закипання потрібно на порядок більше енергії, а відповідно - часу. Крім того, така вода утворює набагато менше пара.

Чайник використовується для кип'ятіння води в побутових умовах. Якщо використовується чиста рідина, температура даного процесу становить стандартні 100 градусів. При аналогічних умовах закипає дистильована вода. Тим не менш буде витрачено трохи менше часу, якщо врахувати відсутність сторонніх домішок.

Чим відрізняється кипіння від випаровування

Всякий раз, коли відбувається кипіння води, пар виділяється в атмосферу. Але ці два процеси не можна ототожнювати. Вони є лише способами пароутворення, яке відбувається при певних умовах. Так, кипіння - це фазовий перехід першого роду. Даний процес є більш інтенсивним, ніж випаровування. Це обумовлено утворенням парових вогнищ. Також варто зазначити, що процес випаровування відбувається виключно на поверхні води. Кипіння ж стосується всього об'єму рідини.

Від чого залежить випаровування

Випаровування являє собою процес перетворення рідкого або твердого речовини в газоподібний стан. Відбувається "вилітання" атомів і молекул, зв'язок яких з іншими частинками виявляється ослабленою під впливом певних умов. Швидкість випаровування може змінюватися під впливом наступних факторів:

площа поверхні рідини;

температура самої речовини, а також навколишнього середовища;

швидкість руху молекул;

вид речовини.

Цікаві факти про кипінні

Енергія кипіння води широко використовується людиною в побуті. Цей процес став настільки буденним і звичним, що ніхто не замислюється про його природу й особливості. Тим не менше з кипінням пов'язаний цілий ряд цікавих фактів:

Напевно, всі помічали, що в кришці чайника є отвір, але мало хто замислюється про його призначення. Воно робиться з тією метою, щоб частково випускати пар. В іншому випадку вода може розлитися через носик.

Тривалість варіння картоплі, яєць та інших продуктів харчування не залежить від того, наскільки потужним є нагрівач. Має значення лише той факт, як довго вони перебували під впливом киплячої води.

На такий показник, як температура кипіння, ніяк не впливає потужність нагрівального приладу. Вона може позначитися лише на швидкості випаровування рідини.

Кипіння пов'язано не тільки з нагріванням води. За допомогою даного процесу можна також змусити рідина замерзнути. Так, у процесі кипіння потрібно здійснювати безперервну відкачування повітря з судини.

Одна з найактуальніших проблем для господинь полягає в тому, що молоко може "втекти". Так, ризик цього явища значно підвищується під час погіршення погоди, яка супроводжується падінням атмосферного тиску.

Самий гарячий окріп виходить у глибоких підземних шахтах.

Шляхом експериментальних досліджень вченим вдалося встановити, що на Марсі вода закипає при температурі 45 градусів Цельсія.

Може кипіти вода при кімнатній температурі?

Шляхом нескладних підрахунків вченим вдалося встановити, що вода може закипіти при кімнатній температурі на рівні стратосфери. Аналогічні умови можна відтворити за допомогою вакуумного насоса. Тим не менш подібний досвід можна провести і у більш простих, приземлених умовах.

У літровій колбі потрібно закип'ятити 200 мл води, а коли ємність наповниться пором, її потрібно щільно закрити, зняти з вогню. Помістивши її над кристалізатором, потрібно дочекатися закінчення процесу кипіння. Далі колбу обливають холодною водою. Після цього в ємності знову почнеться інтенсивне кипіння. Це пов'язано з тим, що під впливом низької температури пар, що знаходиться у верхній частині колби, опускається.