Как закипает вода физика 8 класс

§ 18. Кипение

Рассмотрим второй способ образования пара — кипение.

Пронаблюдаем это явление на опыте. Для этого будем нагревать воду в открытом стеклянном сосуде, измеряя её температуру. Прежде всего обратим внимание на то, что с поверхности воды происходит испарение. На это указывает туман, образовавшийся над сосудом.

Это водяной пар смешивается с холодным воздухом и конденсируется в виде маленьких капель. Сам пар, конечно, невидим глазу.

При дальнейшем повышении температуры мы заметим появление в воде многочисленных мелких пузырьков (рис. 21, а). Они постепенно увеличиваются в размерах. Это пузырьки воздуха, который растворён в воде. При нагревании воздух выделяется из воды в виде пузырьков.

Эти пузырьки содержат не только воздух, но и водяной пар, так как вода испаряется внутрь этих пузырьков воздуха. Поднимающиеся пузырьки, попадая в верхние, более холодные слои воды, уменьшаются в размерах, так как содержащиеся в них пары конденсируются и под действием силы тяжести они опускаются. Спустившись ниже, в более горячие слои воды, пузырьки начинают снова подниматься к поверхности.

Это попеременное увеличение и уменьшение пузырьков в размерах сопровождается характерным шумом, предшествующим закипанию воды. Постепенно вся вода прогревается, пузырьки уже не уменьшаются в размерах. Под действием архимедовой силы они всплывают на поверхность и лопаются (рис. 21,6).

Находящийся в них насыщенный пар выходит в атмосферу. Шум прекращается, и мы слышим бульканье — вода закипела.

• Кипение — это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объёму жидкости при определённой температуре.

Следует помнить, что у различных жидкостей температура кипения разная (табл. 5).

В отличие от испарения, которое происходит при любой температуре (см. § 17), кипение от начала до конца происходит при определённой и постоянной для каждой жидкости температуре. Поэтому, например, при варке пищи нужно уменьшать огонь после того, как вода закипит. Это даст экономию топлива, а температура воды всё равно сохраняется постоянной во время кипения.

• Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.

Во время кипения температура жидкости не меняется.

Температура кипения жидкости зависит от давления, которое оказывается на поверхность жидкости. При кипении давление насыщенного пара внутри пузырьков превосходит внешнее давление. Если внешнее давление увеличивается, увеличивается и температура кипения. При уменьшении давления уменьшается и температура кипения жидкости.

Вам известно, что давление воздуха уменьшается с увеличением высоты над уровнем моря. Следовательно, с увеличением высоты уменьшается и температура кипения жидкости. Так, в горах вода закипает при t = 90 °С. При низкой температуре кипения невозможно сварить обычное яйцо, так как белок не может свернуться, если температура ниже 100 °С.

Некоторые вещества, которые в обычных условиях являются газами, при достаточном охлаждении обращаются в жидкости, кипящие при очень низкой температуре. Жидкий кислород, например, при атмосферном давлении кипит при температуре -183 °С. Вещества, которые в обычных условиях мы наблюдаем в твёрдом состоянии, обращаются при плавлении в жидкости, кипящие при очень высокой температуре. Например, медь кипит при 2567 °С, а железо — при 2750 °С.

Вопросы

1. Какие явления наблюдаются в жидкости перед тем, как она начинает кипеть?
2. Какие силы действуют на пузырёк воздуха, наполненный паром, когда он находится внутри жидкости?
3. Что называют температурой кипения жидкости?

Упражнение 14

1. На рисунке 22 показаны графики зависимости температуры от времени при нагревании и кипении воды, спирта и эфира. Массы жидкостей одинаковы, нагреватели одинаковой мощности. Определите, какой жидкости соответствуют графики 1,2,3.

2. Нагреется ли вода до более высокой температуры, если её дольше кипятить?

3. Объясните, почему высоко в горах вода закипает при температуре ниже 100 °С.

Задание

Поставьте на плиту кастрюлю, наполненную водой. Опишите, что происходит с водой по мере её закипания. Объясните наблюдаемое явление.

Источник

Кипение воды

Опыт 1. А.В. Перышкин. Физика 8, § 18.

Техника безопасности

Правила безопасности при работе со спиртовкой и стеклянной посудой.

Цель эксперимента

Наблюдать процесс кипения воды и описать основные явления, которые сопровождают процесс кипения воды.

Гипотеза:

Процесс кипения сопровождается рядом удивительных явлений

Оборудование:

Фото

• Штатив;
• Колба с водой;
• Спиртовка;
• Спички

Описание опыта

Результаты опыта

Объяснение

В лапке штатива закрепляем колбу с водой, снизу поместим спиртовку. Зажигаем спиртовку и наблюдаем за процессами, происходящими в колбе.

1. Идет обильное испарение с поверхности жидкости, над горлышком колбы образуется туман.

1. Пар невидимый, но при попадании в холодную среду (наружный воздух) происходит конденсация пара и образуется туман.

2. На внутренней поверхности стенок образуются и начинают расти пузырьки.

2. Пузырьки содержат воздух, растворенный в воде и водяной пар, который образуется за счет испарения воды внутрь пузырьков.

3. Пузырьки увеличиваются в размерах, отрываются от стенок колбы, поднимаются вверх и исчезают.

3.В холодных непрогретых слоях воды происходит конденсация пара.

4. Возникает шум предшествующий закипанию воды.

4. Шум вызван попеременным уменьшением и увеличением пузырьков в размерах, вода постепенно полностью прогревается.

5. Пузырьки всплывают на поверхность, лопаются, слышно как булькает вода, кипит.

5.Пузырьки всплывают на поверхность под действием архимедовой силы, насыщенный пар из пузырьков выбрасывается в атмосферу.

Опыт 2. Кипение воды при пониженном давлении

Жидкость закипит, если давление насыщенного пара в пузырьках будет больше суммы гидростатического давления жидкости и атмосферного давлении:

Из этого выражения вытекает, что изменив внешнее давление над водой можно изменить температуру кипения воды: при уменьшении внешнего давления температура кипения понижается, а при увеличении давления — повышается. Докажем этот вывод на опыте.

Правила безопасности при работе со стеклянной посудой

Цель эксперимента

Наблюдать процесс кипения воды в условиях пониженного давления

Гипотеза:

При уменьшении внешнего давления температура кипения понижается

Опыт 2

Оборудование:

Фото

Описание опыта

Результаты опыта

Объяснение

В колбе доведем воду до кипения. Убираем спиртовку, закрываем колбу плотно резиновой пробкой. Переворачиваем колбу с водой, надежно ее закрепляем в лапке штатива. Сверху колбу обливаем холодной водой

В воде образуются пузырьки воздуха, вода закипает.

Холодная вода охлаждает горячий воздух над водой в колбе, его давление над жидкостью уменьшается. Вода кипит при температуре ниже 100°С.

Применение рассматриваемого явления на практике.

Гейзеры – одно из самых удивительных явлений природы, это периодически фонтанирующие источники горячей воды с паром.

Интересные факты в рассматриваемом явлении

Интересная задача из задачника 861(опыт со шприцем).

Ее можно продемонстрировать на оборудовании L-микро. Наблюдение кипения спирта: пробирку со спиртом помещают в сосуд с кипящей водой, фиксируют температуру кипения воды, с помощью шприца повышают давление над спиртом, на графике при этом видно увеличение температуры кипения спирта (в углу графика t кип. при обычном и повышенном давлениях).

Кипение дистиллированной воды.

Дистиллированная вода – это очищенная вода H₂O, в которой практически не содержится каких-либо примесей. В чистую колбу наливаем дистиллированную воду и начинаем нагревать на медленном огне. С помощью электронного термометра измеряем температуру пара над водой (рис.1). Видим, что при температуре 100 °С вода не кипит. Убираем спиртовку, и в перегретую воду бросим кусочки мела (рис.2), на ее поверхности сразу образуются пузырьки. Видим бурное закипание воды (рис.3).

Техника безопасности
Штатив; Колба с водой; Насос; Резиновый шланг Описание опыта Результаты опыта Объяснение А) Измеряем начальную температуру в колбе. Начальная температура воды 30 °С. Когда из колбы выкачиваем воздух, то давление над жидкостью уменьшается, процесс роста пузырьков начинается при меньшем давлении, что сказывается на понижение температуры кипения. б) В лапке штатива закрепляем колбу с водой, закрываем резиновой пробкой со стеклянной трубкой. Соединим с помощью резинового шланга колбу с насосом. Из колбы выкачиваем воздух. В воде образуются пузырьки, они поднимаются на поверхность воды, лопаются, вода закипает в) Измеряем температуру воды после кипения. Конечная температура воды 29 °С (понижение температуры вызвано теплоотдачей воды окружающей среде). Опыт 3. Задача № 862 (снег заменен холодной водой) (А.Е. Марон, Е.А. Марон, С. В. Позойский. Сборник вопросов и задач Физика 7-9 к учебнику А.В. Перышкина) Оборудование: Фото
Штатив; Колба с водой; Спиртовка; Спички стакан с холодной водой		Закипания перегретой жидкости используется в пузырьковой камере – современном приборе для регистрации частиц высокой энергии. Получение сахара из сахарного тростника или свеклы: воду из сиропа удаляют с помощью выпаривания при низком давлении. Зная температуру кипения воды можно по таблицам давления пара при разных температурах узнать атмосферное давление. Специально приспособленные для таких измерений термометры называют гипсотермометрами. Кипение при повышенном давлении широко используется на практике: в медицине для стерилизации инструментов, в пищевой промышленности для консервирования, в химической промышленности (производство гербицидов, органических полупродуктов и красителей, в процессах синтеза). Для этого используют автоклав. Ректификационное разделение нефти, жидких смесей, расплавов металлов на составные части.
Рассказывают, что вождь одной из африканских деревень, чтобы определить, кто из двух подозреваемых говорит правду, приказал каждому лизнуть горячий нож. Удивительно, с помощью такого «Детектор лжи» всегда находили виновного, у лжеца пересыхало во рту, и он получал сильный ожог языка. Из истории каслинских литейщиков. (Здесь важна быстрота реакции человека). Сначала человек опускал руку в ведро с водой, а затем быстро погружал в кипящий металл и так же быстро вытаскивал руку. Рука оставалась целой. (Правда в примерах 3, 4 идет речь о пленочном кипении). Кипит ли вода внутри макарон при варке? Объясните, можно ли с помощью поршневого насоса поднять кипящую воду? Ответ обоснуйте. Сырая и кипяченая вода имеют одинаковую начальную температуру. Какая из них быстрее закипит при прочих равных условиях? Ответ обоснуйте. Почему использование скороварок особенно ценно в условиях горной местности? Интересны задачи №828, 830831, 832,833 из А.Е. Марон, Е.А. Марон, С. В. Позойский Сборник вопросов и задач Физика 7-9 к учебнику А.В. Перышкина.

Ссылка на видео https://cloud.mail.ru/public/4k82/e7MeqkpeB (Облако Mail.Ru)

Видео содержит все фрагменты:

• Кипение воды;
• Кипение при пониженном давлении (с помощью насоса и холодной воды);
• Кипение дистиллированной воды.

Источник

Занимательно о кипении

Кипение – это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре. Для дальнейшего развития технологий в современном мире важным является понимание процесса кипения.

Заглянув под крышку кастрюли, стоящей на плите, мы вряд ли подумаем о том, какое значение для человека имеет процесс, происходящий внутри кастрюли. Конечно, мы не задумаемся о перспективных кипящих реакторах на АЭС, о компрессионных холодильных машинах, о способах плавления тугоплавких материалов или о приборах для стерилизации медицинских инструментов. Между тем, что же объединяет все эти разные физические тела и явления? Конечно, процесс кипения.

Кипение – это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре.

Для дальнейшего развития технологий в современном мире важным является понимание процесса кипения. Меня заинтересовали некоторые любопытные факты о процессе кипения, которые я узнал при изучении физики в 8 классе. Эти факты послужили основой для проведения собственного физического эксперимента.

Опыт №1. «Бумажная кастрюля»

Описание опыта представлено в учебном пособии авторов Марон А.Е., Марон Е.А., Позойский С.В. Сборник вопросов и задач к учебнику А.В. Перышкина. 8 кл. – М. : Дрофа, 2016, страница 9, задача №51.

«В бумажной коробке вскипятите воду. Почему бумажная коробка с водой не горит?»

Цель опыта: выяснить, можно ли нагреть (вскипятить воду) в бумажном сосуде.

Гипотеза: в бумажном сосуде можно нагревать воду.

Оборудование: бумажный стакан, штатив с муфтой и лапкой, спиртовка, спички, вода, подкрашенная перманганатом калия.

Ход проведения опыта

Я закрепил бумажный стакан в лапке штатива, влил в него около 100 мл воды, подкрашенной перманганатом калия (марганцовкой). Снизу поместил спиртовку, зажег ее и начал нагревать.

Результаты опыта

Вода комнатной температуры прогрелась до 65 °С, а бумажный стакан не сгорел. Вскипятить воду не удалось вследствие того, что закончился спирт, находившийся в спиртовке. Значит, моя гипотеза о том, что в бумажном сосуде можно нагреть воду, подтвердилась. Как объяснить результаты опыта?

Как мы знаем из учебника Перышкина А.В., вода при нормальном атмосферном давлении кипит при температуре 100°С (страница 55, Физика. 8 кл.: учебник для общеобразоват. учреждений / А.В. Перышкин.– М.: Дрофа, 2014.), бумага же воспламеняется при температуре около 230°С. Теплопроводность бумажного стакана низкая, а с внутренней стороны он контактирует с водой, которая охлаждает его.

Значит, вместо чайника можно в походе обойтись с помощью бумажных стаканов или пищевых бумажных упаковок. Туристу будет очень удобно.

Опыт №2 «Кипение воды при пониженном давлении»

Описание опыта представлено в учебном пособии автора Чеботаревой А.В. (Тесты по физике. 8 класс: к учебнику А.В. Перышкина «Физика 8 класс»/ А.В. Чеботарева. – М.: «Экзамен», 2014, страница 52).

«Под стеклянным колоколом насоса находятся колбы с водой, температура которой близка к 100 0С. Из-под одного колокола воздух начинают откачивать, другой соединен с атмосферой, а под третий его накачивают. Из-под какого колокола воздух откачивается? (приведен рисунок)»

Цель опыта: выяснить, может ли вода кипеть при температуре, ниже, чем 100 0С, и если может, то при каком условии.

Гипотеза: воду можно вскипятить при температуре, ниже чем 100°С.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, насос Комовского, стеклянная колба, пробка со стеклянной трубкой, подогретая в чайнике вода, прихватка.

Ход проведения опыта

Я закрепил колбу в лапке штатива. Подогрел в чайнике воду. Налил около 200 мл теплой воды в колбу, закрыл пробкой со стеклянной трубкой. Трубку присоединил к шлангу насоса. Начал откачивать воздух из колбы.

Результаты опыта

В результате вода закипела! Объяснение опыта находится на странице 55 нашего учебника по физике (Физика. 8 кл.: учебник для общеобразоват. учреждений / А.В. Перышкин.– М.: Дрофа, 2014.). Температура кипения жидкости зависит от давления, которое оказывается на поверхность жидкости. При кипении давление насыщенного пара внутри пузырьков превосходит внешнее давление. Если внешнее давление увеличивается, увеличивается и температура кипения. При уменьшении давления уменьшается и температура кипения жидкости.

Значит, моя гипотеза подтвердилась. При уменьшении внешнего давления мне удалось вскипятить теплую воду, не подогревая ее до 100°С.

Всем нам известно, что высоко в горах, где атмосферное давление понижено, вода кипит при температурах, меньших 100°С.

Опыт №3 «Некипящая вода?»

Описание опыта представлено в учебном пособии авторов Марон А.Е., Марон Е.А., Позойский С.В. Сборник вопросов и задач к учебнику А.В. Перышкина. 8 кл. – М. : Дрофа, 2016, страница 24, задача №199.

«В кипящую воду поместите небольшую кастрюлю, наполненную холодной водой. Почему вода в кастрюле не закипает?»

Цель опыта: выяснить,

Гипотеза: вода в небольшом сосуде, помещенная в кастрюлю с кипящей водой, тоже закипит.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, электрическая плитка, кастрюля емкостью 4 л с водой, стеклянная колба, вода, подкрашенная перманганатом калия, электронный термометр, прихватка.

Ход проведения опыта

Я вскипятил воду на электрической плитке. В стеклянную колбу налил около 150 мл подкрашенной воды и поместил ее в кипящую воду. Нагревал около 10 минут, вода в колбе не закипела даже при температуре внутри колбы около 100°С.

Результаты опыта

При кипени необходимо выполнить 2 условия: 1) нагреть жидкость до температуры кипения 2) обеспечить приток энергии. Как мы знаем из учебника п.1718, при кипении жидкости происходит поглощение энергии. В моем случае удалось нагреть воду в стеклянной колбе до температуры кипения, но поглощение энергии обеспечить не удалось, так как между водой в кастрюле и сосуде не происходил теплообмен: обе воды оказались нагреты до 100°С. Значит, моя гипотеза не подтвердилась.

Такой способ обработки продуктов, где одна кастрюля наполнена водой, а во второй поменьше находятся продукты, которые медленно готовятся благодаря кипящей воде, нам, конечно, знаком под названием «паровая баня».

Проведя опыты, я выяснил, что некоторые, казалось бы, невероятные факты легко объясняются при условии знаний особенностей процесса кипения. Процессы кипения имеют важное практическое значение в таких областях, как теплоэнергетика, атомная энергетика, медицина.

Источник