Як змінюється температура кипіння води в залежності від тиску

Для чого людина почала 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 неспішного вечірнього чаювання. Насправді якусь подобу самоварів наш народ використовував ще в стародавній Русі для приготування напоїв з трав, ягід і корений. Кип`ятіння потрібно 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 зі 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 в 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 почала 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. Також і Температура кипіння води в залежності від тиску змінює свої значення. І будь-якому альпіністові прекрасно знайомо це властивість. Кожен, хто хоч раз в житті осягав висоти понад 2000-3000 метрів над рівнем моря, знає, наскільки важко дихається на висоті. Це через те, що чим вище ми піднімаємося, тим розріджені стає повітря. Атмосферний тиск падає нижче однієї атмосфери (нижче н. У., Тобто нижче "нормальних умов"). Падає і температура кипіння води. Залежно від тиску на кожній з висот вона може закипати як при вісімдесяти, так і при шістдесяти градусах Цельсія.

скороварки

Однак слід пам`ятати, що будь-основні мікроби і гинуть при температурах вище шістдесяти градусів Цельсія, багато хто може вижити при вісімдесяти і більше градусах. Саме тому ми добиваємося кип`ятіння води, тобто доводимо її температуру до 100 ° С. Однак є цікаві кухонні прилади, що дозволяють скоротити час і нагріти рідину 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 відведення пара. Всередині створюється підвищений тиск, і вода закипає при більш високих температурах. Однак такі девайси досить небезпечні і нерідко призводили до вибуху і серйозним 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 (до кожного квадратному міліметрі поверхні підводиться однакову кількість теплової енергії), а коефіцієнт шорсткості поверхні прямує до нуля. В цьому випадку при н. у. кипіння в ламінарному погранслое буде починатися одночасно по всій площі поверхні і відбуватися моментально, відразу випаровуючи весь одиничний обсяг 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. Залежно від тиску вона теж змінює свої значення, проте основний момент тут криється ось в чому. Якщо навіть ми візьмемо саму гладку, на наш погляд, каструлю і піднесемо її під мікроскоп, то в його окулярі ми побачимо нерівномірні краю і гострі часті піки, що виступають 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 найбільшій конфорці, на плиті градієнт температур розподіляється нерівномірно, і завжди існують локальні зони перегріву, що відповідають 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 боків 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 достатню 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 99,9839 ° С.