Если вас спросят, при какой температуре закипает вода, вы скорее всего ответите, что при 100 °C. И ваш ответ будет правильным, но это значение верно только при обычном атмосферном давлении – 760 мм рт. ст. На самом деле вода может закипать и при 80 °C, и при 130 °C. Чтобы объяснить причину таких расхождений, прежде всего нужно выяснить, что такое кипение.

Разобраться, сколько нужно градусов, чтобы вода закипела, поможет изучение механизма этого физического явления. Кипение представляет собой процесс преобразования жидкости в пар и проходит в несколько этапов:

1. При нагревании жидкости из микротрещин в стенках сосуда выходят пузырьки с воздухом и водяным паром.
2. Пузыри немного расширяются, но жидкость в сосуде настолько холодна, что это приводит к конденсации пара в пузырях.
3. Пузырьки начинают лопаться до тех пор, пока вся толща жидкости не станет достаточно горячей.
4. Через некоторое время происходит уравнивание давления воды и пара в пузырях. На этом этапе отдельные пузырьки могут подниматься на поверхность и выпускать пар.
5. Пузырьки начинают интенсивно подниматься, начинается бурление с характерным звуком. Начиная с этого этапа, температура в сосуде не меняется.
6. Процесс кипения будет продолжаться до тех пор, пока вся жидкость не перейдет в газообразное состояние.

Температура пара

Температура пара при кипении воды такая же, как и самой воды. Это значение не будет меняться до тех пор, пока не испарится вся жидкость в сосуде. В процессе кипения образуется влажный пар. Он насыщен жидкими частицами, равномерно распределенными по всему объему газа. Далее высокодисперсные частицы жидкости конденсируются, а насыщенный пар превращается в сухой.

Также существует перегретый пар, который намного горячее, чем кипяток. Но его можно получить только с помощью специальной аппаратуры.

Влияние давления

Мы уже выяснили, что для закипания жидкости необходимо уравнивание давления жидкого вещества и пара. Так как давление воды складывается из атмосферного давления и давления самой жидкости, изменить время закипания можно двумя способами:

• изменением атмосферного давления;
• изменением давления в самом сосуде.

Первый случай мы можем наблюдать на территориях, расположенных на разной высоте над уровнем моря. На побережьях температура закипания будет составлять 100 °C, а на вершине Эвереста – всего 68 °C. Исследователи рассчитали, что при подъеме в горы каждые 300 метров температура закипания воды снижается на 1 °C.

Данные значения могут меняться в зависимости от химического состава воды и наличия примесей (солей, ионов металлов, растворимых газов).

Для получения кипятка чаще всего используют чайники. Температура кипения воды в чайнике также зависит от района проживания. Жителям горной местности рекомендуется использовать автоклавы и скороварки, которые помогают сделать кипяток более горячим и ускорить процесс приготовления пищи.

Кипение соленой воды

То, при скольких градусах закипает вода, определяет и наличие в ней примесей. В составе морской воды присутствуют ионы натрия и хлора. Они располагаются между молекулами H2O и притягивают их. Этот процесс известен как гидратация.

Связь между водой и ионами соли намного сильнее, чем между молекулами воды. Для закипания соленой воды требуется больше энергии, чтобы можно было разорвать эти связи. Этой энергией является температура.

Также соленая жидкость отличается от пресной низкой концентрацией молекул H2O. В этом случае при нагревании они начинают быстрее двигаться, но не могут образовать достаточно большой пузырь пара, так как реже сталкиваются. Давления маленьких пузырьков недостаточно для их выхода на поверхность.

Для уравнивания водного и атмосферного давления нужно увеличить температуру. Поэтому соленой воде для закипания требуется намного больше времени, чем пресной, а температура кипения будет зависеть от концентрации соли. Известно, что при добавлении 60 г NaCl в 1 л жидкости температура закипания возрастает на 10 °C.

Как изменить температуру кипения

В горной местности очень тяжело приготовить пищу, на это уходит слишком много времени. Причина – недостаточно горячий кипяток. На очень больших высотах почти невозможно сварить яйцо, что уж говорить о приготовлении мяса, которое нуждается в хорошей термической обработке.

Изменение температуры, при которой закипает жидкость, важна для жителей не только горных районов.

Для стерилизации продуктов и оборудования желательно использовать более высокую температуру, чем 100 °C, так как некоторые микроорганизмы являются термостойкими.

Это важная информация не только для домохозяек, но и для специалистов, работающих в лабораториях. Также увеличение температуры кипения может заметно сэкономить время, уходящее на приготовление пищи, что немаловажно в наше время.

Чтобы увеличить этот показатель, нужно использовать плотно закрывающуюся емкость. Лучше всего для этого подойдут скороварки, в которых крышка не пропускает пар, увеличивая давление внутри сосуда. Во время нагревания выделяется пар, но, так как он не может выйти наружу, происходит его конденсация на внутренней стороне крышки. Это приводит к существенному увеличению внутреннего давления. В автоклавах давление составляет 1–2 атмосферы, поэтому жидкость в них закипает при температуре 120–130 °C.

Максимальная температура кипения воды до сих пор остается неизвестной, так как этот показатель может увеличиваться до тех пор, пока увеличивается атмосферное давление. Известно, что в паровых турбинах вода не может закипеть даже при 400 °C и давлении в несколько десятков атмосфер. Такие же данные получили на больших глубинах океана.

Кипение воды при пониженном давлении: Видео

Температуру кипения необходимо знать, потому что при ее достижении вода превращается в пар, то есть переходит из одного агрегатного состояния в другое.

Мы привыкли к тому, что в кипящей воде можно дезинфицировать посуду, варить продукты, но это не всегда так. В некоторых условиях температура жидкости будет слишком низкой для всего этого.

Суть процесса

Прежде всего надо определиться с понятием кипения. Что это такое? Это процесс, при котором вещество превращается в пар. Причем процесс этот происходит не только на поверхности, но и по всему объему вещества.

При кипении начинают образовываться пузырьки, внутри которых находится воздух и насыщенный пар. Шум закипающего чайника, кастрюли указывает на то, что пузырьки воздуха начали всплывать, затем опускаться и лопаться. Когда емкость хорошо прогреется со всех сторон, шум прекратится, значит, жидкость полностью закипела.

Процесс проходит при определенной температуре и давлении и является с точки зрения физики фазовым переходом первого рода.

Обратите внимание! Испарение может происходить при любой температуре, кипение же – при строго определенной.

В таблицах температура кипения воды или другой жидкости при нормальном атмосферном давлении приводится как одна из основных физических характеристик. Температура кипения (Тк) на самом деле равняется температуре пара, который находится в насыщенном состоянии прямо на границе между водой и воздухом. Сама вода, если быть точным, нагрета чуть-чуть больше.

На процесс кипения также ощутимо влияют:

• наличие в воде примесей газа;
• звуковые волны;
• ионизация.

Есть и другие факторы, заставляющие образовываться пузырьки быстрее или медленнее. Следует также отметить, что у каждых веществ своя Тк. Бытует мнение, что если добавить в воду соль, то она закипит быстрее. Это действительно так, но время изменится совсем немного. Для ощутимых результатов придется добавить очень много соли, что полностью испортит блюдо.

Различные условия

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

Важно! Если внешнее давление увеличивать, то температура кипения тоже возрастет, а если уменьшать, то станет меньше.

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.

Кипение при повышенном давлении

Повышение давления приведет к увеличению Тк воды. При 15 атмосферах кипение начнется только при 200 градусах, при 80 атм. – 300 градусов. В дальнейшем рост температуры будет очень медленным. Максимальное значение стремится к 374,15 ℃, что соответствует 218,4 атмосферам.

Кипение в вакууме

Что будет, если воздух начнет все более и более разряжаться, стремясь к вакууму? Понятно, что температура кипения тоже начнет уменьшаться. И когда же сможет закипеть вода?

Если понизить давление до 10–15 мм рт. ст. (в 50–70 раз), то температура кипения уменьшится до 10–15 ℃. Такой водой можно охладиться.

При дальнейшем снижении давления Тк будет уменьшаться и может достигнуть температуры замерзания. В этом случае в жидком состоянии вода просто не сможет существовать. Она будет переходить изо льда сразу в газ. Это случится примерно при 4,6 мм рт. ст.

Достичь абсолютного вакуума невозможно, но сильно разряженную атмосферу можно получить, если откачивать из сосуда с водой воздух. В результате такого эксперимента можно увидеть, когда именно закипает жидкость.

Давление понижается не только при откачке воздуха. Оно снижается возле быстро вращающегося винта, например, корабельного. В этом случае возле его поверхности тоже начинается кипение. Такой процесс назвали кавитацией. Во многих случаях такое явление нежелательно, но иногда оно приносит пользу. Так, кавитацию используют в биомедицине, промышленности и при очистке поверхностей ультразвуком.

Кипячение воды сопровождается изменениями особенностей её фазового состояния и приобретением парообразной консистенции, когда достигаются определенные температурные показатели.

Для того чтобы вскипятить воду и поспособствовать выделению пара, потребуется температура в 100 градусов по Цельсию. Сегодня мы постараемся разобраться с тем вопросом, как понять, что вода закипела.

Еще с детских лет мы все слышали родительские советы относительного того, что употреблять можно только кипяченую воду. Сегодня же можно встретить как сторонников, так и противников подобных рекомендаций.

С одной стороны кипячение воды на самом деле является необходимой и полезной процедурой, ведь сопровождается следующими положительными сторонами:

• Достижение водой температурных показателей в 100 градусов и выше сопровождается гибелью многих болезнетворных микроорганизмов, поэтому кипячение можно назвать неким очищением жидкости. Для эффективной борьбы с бактериями специалисты рекомендуют кипятить воду не меньше 10 минут.
• При кипячении воды устраняются и различные примеси, которые могут представлять определенную опасность для человеческого здоровья. Признаком избавления от примесей является формирование накипи, которую мы часто видим на стенках чайников и кастрюль. Но нужно учитывать, что заваривая чай только закипевшей водой, существует высокая вероятность регулярного наполнения организма кристаллизовавшимися отложениями, что чревато развитием мочекаменной болезни в будущем.

Вред кипячения воды может быть связан с несоблюдением указанных рекомендаций относительно времени кипячения.

Если Вы довели жидкость до 100 градусов и при этом сразу же сняли с огня, можно не сомневаться в том, что преобладающее количество микроорганизмов не подверглись отрицательному воздействию. Во избежание этого обязательно нужно кипятить воду от 10 до 15 минут.

Еще одной отрицательной стороной кипячения воды вступает потеря кислорода, который является жизненно важным элементом для любого живого организма.

Благодаря крупным молекулам кислорода обеспечивается распространение полезных элементов посредством кровеносной системы. Конечно же, отсутствие кислорода не является пагубным фактом для здоровья, но при этом не представляет никакой пользы.

Существует несколько способов, определяющих доведение воды до кипения. Отличаются они, прежде всего, тем, какую пуду Вы используете для кипячения жидкости. Для приготовления чая или кофе чаще всего используются чайники, а вот в приготовлении пищи – кастрюли.

Итак, для начала следует наполнить чайник холодной водой из-под крана и поместить емкость на огонь. По мере нагревание будут отчетливо слышны звуки потрескивания, которые сменятся нарастающим шипением.

Следующим этапом является утихание шипение, на смену которому приходит слабый шум, появление которого сопровождается выделением пара. Данные признаки и будут указывать на то, что вода в чайнике закипела. Остается только подождать около 10 минут и снять чайник с огня.

Определить закипание воды в открытых емкостях намного проще. Наполните кастрюлю необходимым количеством холодной воды и поместить емкость на огонь. Первыми признаками того, что вода скоро закипит, будет появление маленьких пузырьков, образующихся на дне емкости и поднимающихся кверху.

Следующим этапом является увеличение пузырьков в размерах и их количества, что сопровождается образование пара над поверхностью емкости. Если вода начала бурлить, значит жидкость достигла температуры, требуемой для кипения.

Достаточно полезными будут для Вас и следующие факты:

• Если желаете как можно быстрее довести воду до кипения, используя при этом кастрюлю, обязательно накрывайте ёмкость крышкой для удержания тепла. Также нужно помнить, что в больших ёмкостях вода достигает кипения дольше, что связано с затратой большего количества времени на нагревание такой кастрюли.
• Используйте только холодную воду из-под крана. Дело в том, что горячая вода может содержать примеси свинца, находящегося в водопроводной системе. По мнению многих специалистов, такая вода не подходит для употребления и использования в приготовлении пищи даже после кипячения.
• Никогда не наполняйте ёмкости до краёв, ведь по мере кипения вода будет выливаться из кастрюли.
• По мере увеличения высоты происходит уменьшение температуры кипения. В таком случае может потребоваться большее количество времени кипения для обеспечения гибели всех болезнетворных микроорганизмов. Следует учитывать этот факт, отправляясь в поход в горы.

Также следует соблюдать все меры осторожности при контактах не только с горячей водой, емкостью, но и с выделяемым паром, который может оказаться причиной формирования серьезных ожогов.

Процесс закипания воды достаточно интересный и в то же время очень сложный процесс. Кипение - это процесс, при котором вещество (в данном случае вода) переходит из жидкого состояния в газообразное. Чтобы вода закипела, нужна подходящая температура, иначе процесс не запустится. В обычных условиях температура закипания воды равняется 100 градусам по Цельсию. Именно при такой температуре вода примется превращаться в газ.

Как закипает вода

Как только вода достигнет отметки в 100 градусов, жидкость начнет превращаться в пар. Чтобы легче было представить весь процесс преобразования, наберите в небольшую металлическую кастрюлю воды и поставьте на огонь. Вот что будет происходить:

• вода в кастрюле начнет нагреваться;
• при достижении температуры воды в 100 градусов, на самом дне кастрюли начнут образовываться пузырьки с паром;
• дойдя на поверхности, эти пузырьки лопаются, выпуская пар на свободу;
• количество воды в кастрюле будет постепенно уменьшаться.

Таким образом, через какое-то определенное время, вода в кастрюле полностью исчезнет, превратившись в пар. Кстати, не стоит путать кипение и испарение, эти процессы различаются между собой. Испарение может происходить при любой температуре, в то время как кипение лишь при определенной. Также процесс кипения происходит по всей жидкости, а при испарение вода превращаться в пар, начиная с поверхности воды. При испарении жидкость постепенно будет охлаждаться.

Какие еще условия влияют на процесс кипения

На самом деле кипение может происходить и при более низких или высоких температурах, чем 100 градусов. По мимо температуры, не менее важное место занимает давление. Так к примеру если мы начнем подниматься в горы, давление будет уменьшаться, следовательно и температура кипения будет уменьшаться. Если же мы будем спускаться в глубокую шахту, давление будет расти, следовательно температура кипения тоже будет расти. По мимо давления так же важно, чтобы вода постоянно подогревалась, иначе температура упадет и процесс остановится.

Вода, нагретая на уровне моря до 100°С (212°F), начинает кипеть. Это означает, что внутри объема жидкости происходит образование пузырьков водяного пара и подъем их к поверхности. Вода закипает, потому что при данной температуре давление насыщения водяного пара слегка превышает атмосферное давление.

На больших высотах над уровнем моря атмосферное давление существенно уменьшается и вода кипит при более низких температурах. И наоборот, если давление над жидкостью увеличивается, например, когда вода находится ниже уровня моря или в скороварке, кипение происходит при более высокой температуре. Иллюстрация под текстом показывает температуры кипения на различных высотах над уровнем моря.

Фактор тепла и высоты

Ближний график справа показывает взаимосвязь между давлением насыщенного пара и температурой. При высоких температурах давление насыщенного пара быстро растет. Вода закипает, когда давление насыщенного пара начинает слегка превышать атмосферное давление. Именно поэтому при падении атмосферного давления уменьшается и температура кипения. На дальнем графике справа приведена зависимость температуры кипения воды от высоты над уровнем моря. Чем больше высота, тем ниже температура, при которой вода начинает кипеть.

Кинетическая энергия

В процессе перехода воды в газообразное состояние важную роль играет кинетическая энергия (энергия движения) молекул. Когда энергетический уровень высок, многие молекулы испаряются, разрывая связи, удерживающие их в жидком состоянии. При низком давлении (верхний рисунок под текстом) молекулы приобретают достаточно энергии для формирования газовых пузырьков кипения без добавления большого количества тепла. Ближе к уровню моря необходимо больше тепла (красная стрелка на нижнем рисунке под текстом), чтобы парообразование имело место.

Уменьшение времени приготовления пищи

В скороварках, как, например, той, что показана на рисунке справа, создается постоянное повышенное давление. На уровне моря эти герметичные кастрюли увеличивают температуру кипения воды до 121 °С (250°F). Более высокая температура кипения означает, что продукты будут готовиться быстрее, экономя время.

На продольных разрезах вверху показаны механизмы скороварки, предупреждающие чрезмерное повышение давления. Все они - предохранительный клапан (левый рисунок), регулятор давления (средний рисунок) и уплотнение ободка (правый рисунок) - помогают контролировать давление путем выпуска пара в атмосферу.