Почему вода кипит пузырьками

IT News

Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm

Почему в кипящей воде образуются пузыри пара?

Любая жидкость при нагревании со временем достигает температуры, при которой она начинает кипеть. Во время кипения пузыри пара образуются во всем объеме жидкости, поднимаются на ее поверхность и лопаются, высвобождая горячий пар в воздух. Вода кипит при температуре 100°С (212°F).

При температуре кипения каждая молекула имеет достаточно энергии для преодоления сил, удерживающих ее вместе с другими молекулами в виде жидкости. Например, сосуд с кипящей водой содержит воду в жидком состоянии, которая превращается в водяной пар. Поверхностный водяной пар сразу же покидает кипящую воду. Что касается парообразования в толще воды, то там водяной пар формирует пузыри, каждый из которых, поднимаясь вверх, несет в себе миллиарды молекул воды.

Кипящая вода совершает фазовый переход из жидкого состояния в газообразное в процессе, называющемся парообразованием. Жидкости превращаются в пар и при температурах, меньших температуры кипения, в процессе, называющемся испарением. В отличие от кипения испарение происходит только с поверхности в том случае, когда молекулы имеют достаточно энергии, чтобы покинуть жидкость. Хотя испарение с ростом температуры интенсифицируется, пузыри пара образуются только во время кипения.

Рождение и гибель пузырей

1. Вода содержит в себе воздух, растворенный или прилипший к попавшим внутрь частицам пыли (рисунок слева). При увеличении температуры воды растворимость воздуха уменьшается, в результате происходит формирование небольших воздушных пузырьков, большинство из которых быстро поднимается вверх и покидает жидкость. Этот процесс не является кипением.
2. Когда вода приближается к точке кипения, пузыри водяного пара формируются на пылевых частицах и других примесях (так называемых ядрах парообразования). В этих пузырях температура превышает температуру кипения.
3. Все больше водяного пара проникает в первые пузыри. Но так как окружающая вода все еще слишком холодна, эти пузыри конденсируются во время своего подъема и не достигают поверхности.
4. Пузыри пара формируются во всем объеме кипящей воды, увеличиваясь в размерах по мере подъема к поверхности. Достигнув поверхности, пузыри лопаются и водяной пар выходит в атмосферу.

Камень для предупреждения выплескивания

Используемые в лабораторной практике дистиллированная вода и другие чистые жидкости, будучи свободными от пыли, недодержат ядер парообразования. В таких жидкостях могут формироваться большие, похожие на пленку пузыри пара, приводящие к опасному выплескиванию кипящей жидкости из сосуда. Специальный пористый камень (снимок справа) предупреждает такое выплескивание, предоставляя свою поверхность для образования многочисленных, постепенно растущих пузырьков пара.

Источник

Откуда в кипящей воде берутся пузырьки

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

Для того, чтобы ответить на данный вопрос, следует в первую очередь вспомнить о том, что же такое процесс кипения. Кипение – это процесс активного образования пара, который происходит на поверхности и внутри жидкости при соблюдении ряда условий, касающихся температуры и давления последней. У всех веществ своя собственная температура кипения.

Как уже было отмечено, пар — это газ, который образуется во время кипения внутри жидкости. Особенно хорошо это видно на примере больших емкостей. Дело в том, что такие буквально полностью усеяны микроскопическими трещинами, впадинами и прочими дефектами. Все эти места становятся при нагреве жидкости центрами образования пара, так как именно в них скапливаются стремящиеся вверх пузырьки.

Во время нагрева образующийся газ постепенно скапливается под массой воды в этих самых центрах. Постепенно его объем растет, собираясь из растворенного в конкретной жидкости воздуха. Когда пузырьки становятся достаточно большими и легкими, они отрываются от поверхности емкости и устремляются вверх, стремясь преодолеть жидкость.

В продолжение темы стоит почитать про то, как отмыть загрязнённый противень для жарки , на который хотелось махнуть рукой.

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

Источник

Физическое явление, знакомое каждому: кипение воды и его особенности

Существует множество физических явлений, над которыми обычно никто не задумывается — настолько они стали привычны и обыденны.

Однако иногда бывает полезно узнать о них подробнее. Одним из таких явлений является кипение воды.

Что это за явление?

Кипение — это процесс перехода воды из жидкого агрегатного состояния в газообразное, то есть ее превращение в пар.

От обычного испарения оно отличается высокой степенью интенсивности: если на испарение воды может потребоваться несколько дней или недель, то выкипеть такой же ее объем сможет за считанные часы.

При необходимости ёмкость можно прикрыть, тогда часть пара будет конденсироваться обратно, становясь капельками воды.

Процесс кипения условно можно разделить на два этапа:

1. сначала вода нагревается до нужной температуры (при нормальном атмосферном давлении — это 100 градусов Цельсия),
2. потом происходит её превращение в пар, в течение которого показания термометра уже не меняются.

Однако источник тепла нужен даже на этой стадии, ведь парообразование тоже требует энергетических затрат.

Какие факторы влияют на закипание?

На кипение влияет множество факторов:

• количество воды;
• наличие примесей;
• емкость, в которой она содержится;
• температура окружающей среды;
• высота, где происходит кипячение;
• давление атмосферы;
• мощность источника тепла.

Также часть тепла забирает ёмкость, в которой содержится вода, ведь она должна дойти до нужной температуры ещё раньше, чем ее содержимое. Поэтому посуда с более тонкими стенками, сделанная из легко проводящего тепло материала, например, металла, лучше подходит для кипячения.

От массы, а значит и от объёма вещества, кипение находится в обратной зависимости. Чем больше вес, тем больше энергии требуется на его нагревание, тем дольше будет необходимо ждать.

При прочих равных условиях вода без соли и других примесей закипает несколько быстрее, чем солёная. Однако, если концентрация соли очень низкая, этой разницы может быть практически незаметно.

Давление также влияет на процесс. Чем оно выше, тем дольше будет закипать вода, потому что давление атмосферы как бы удерживает пузырьки газа внутри, а испаряться она начинает тогда, когда давление пара уравнивается с атмосферным.

Эта разница мало заметна, если сравнивать первый этаж жилого дома с пятым, однако становится ощутима, если речь идёт, например, о подъеме в горы.

В вакууме температура кипения всех веществ очень сильно снижается из-за понижения давления, обычно отличие составляет 100-200 градусов. Для воды она стремится к нулю по мере уменьшения количества воздуха, оставшегося в сосуде.

Не менее важны характеристики источника тепла. Чем больше его мощность, то есть количество выделяемой им энергии за единицу времени, тем быстрее идет процесс кипячения. На практике это означает, что на более сильном огне или при большей температуре конфорки на электроплите вода закипит скорее.

Сколько по времени закипает?

Становится понятно, что время кипения сильно зависит от условий, при которых оно происходит.

Величины:

• c1, L — табличные величины, теплоемкость и удельная теплота парообразования воды;
• m1 — ее масса;
• t°C — разница между изначальной и нужной для кипения температурой;
• N — мощность нагревательного прибора;
• m2 и c2 — характеристики емкости, в которой проводится кипячение (масса и теплоемкость).

Даже эта формула учитывает не все, ведь также существуют потери тепла, которое уходит в окружающую среду.

Однако такая точность редко бывает нужна в быту, кроме того, необходимые данные для расчётов получить затруднительно. Чаще всего кипение литра воды на плите при достаточно большом огне занимает около 10 минут. Здесь некоторую роль играет материал, из которого сделана посуда. Быстрее всего нагревается металл.

Как понять, что жидкость кипит?

По мере приближения к точке кипения в воде появляется все больше пузырьков. Сначала их можно увидеть на стенках сосуда, а потом они начинают всплывать на поверхность, отчего она становится неровной. Пропустить этот момент сложно из-за характерного бурления.

Даже спустя некоторое время после этого испарение будет продолжаться, потому что температура не сразу опустится ниже точки кипения. Например, от чашки горячего чая еще некоторое время идет пар.

Как быстро остывает после?

Остывание зависит от тех же факторов, что и нагрев: от объема, температуры окружающей среды.

Например, электрочайник, вскипевший за пять минут, будет остывать около двух часов, чтобы дойти до комнатной температуры.

Если объем воды большой, то остывание при прочих равных займет более длительный промежуток времени, а чем холоднее воздух вокруг, тем быстрее охладится и сам кипяток. Его температура будет опускаться до того момента, пока не сравняется с окружающей.

Нюансы процесса

Кипение воды в чайнике и кастрюле немного различается между собой, но в обоих случаях оно происходит при 100 градусах. Рассмотрим особенности каждого процесса.

В чайнике

В электрическом чайнике процесс пойдёт быстрее, чем при кипячении в кастрюле, он займёт 3-4 минуты, точное время зависит от конкретной модели и ее мощности. Не потребуется даже выключать прибор – он сделает это автоматически.

Свист, которым чайник оповещает, что вода кипит, связан с прохождением пара через крышку на его носике.

В кастрюле

При таком способе кипячения ждать потребуется дольше – около 10 мин. Лучше всего подойдет металлическая кастрюля, она нагреется быстрее, чем емкости из других материалов.

Не стоит наполнять ее до самого верха, потому что в таком случае при кипении брызги будут выплескиваться на плиту. Момент закипания сопровождается громким бурлением. Почти сразу после этого воду можно выключать.

Если накрыть кастрюлю крышкой, можно ускорить нагрев и закипание воды, потому что снизится количество тепла, уходящего в окружающую среду. Однако желательно оставить щель, через которую будет выходить пар.

Видео по теме статьи

О кипении жидкости расскажет видео:

Заключение

Хотя с точки зрения физики кипение — далеко не самый сложный процесс, говорить о нем можно долго, так как он связан со множеством факторов, под воздействием которых особенности его протекания несколько отличаются.

Даже общие знания из этой области могут быть полезны и найдут практическое применение, ведь в быту с необходимостью вскипятить воду регулярно сталкивается каждый.

Источник

Что такое пузыри в кипящей воде? — 2021

Настя и сборник весёлых историй

Настя и сборник весёлых историй

Пузыри образуются при кипячении воды. Задумывались ли вы, что внутри них? Формируются ли пузырьки в других кипящих жидкостях? Вот посмотрите на химический состав пузырьков, отличаются ли пузырьки кипящей воды от тех, которые образуются в других жидкостях, и как кипятить воду без образования каких-либо пузырьков вообще.

Быстрые факты: пузыри кипящей воды

• Первоначально пузырьки в кипящей воде представляют собой пузырьки воздуха.
• Пузырьки в воде, доведенные до кипения, состоят из водяного пара.
• Если вы кипятите воду, пузырьки могут не образовываться. Это может привести к взрывному кипению!
• Пузыри образуются и в других жидкостях. Первые пузырьки состоят из воздуха, за которым следует паровая фаза растворителя.

Что внутри пузырьков кипящей воды?

Когда вы впервые начинаете кипятить воду, пузырьки, которые вы видите, в основном пузырьки воздуха. Технически, это пузырьки, образованные из растворенных газов, которые выходят из раствора, поэтому, если вода находится в другой атмосфере, пузырьки будут состоять из этих газов. При нормальных условиях первые пузырьки — это в основном азот с кислородом и немного аргона и углекислого газа.

Когда вы продолжаете нагревать воду, молекулы приобретают достаточно энергии для перехода из жидкой фазы в газовую фазу. Эти пузырьки являются водяным паром. Когда вы видите воду при «кипящем кипении», пузырьки являются полностью водяным паром. На местах зарождения начинают образовываться пузырьки водяного пара, которые часто представляют собой крошечные пузырьки воздуха, поэтому, когда вода начинает кипеть, пузырьки состоят из смеси воздуха и водяного пара.

Как пузырьки воздуха, так и пузырьки водяного пара расширяются, поскольку они поднимаются, потому что на них оказывается меньше давления. Вы можете увидеть этот эффект более четко, если вы будете пускать пузыри под водой в бассейне. Пузырьки становятся намного больше к тому времени, когда они достигают поверхности. Пузырьки водяного пара начинают увеличиваться по мере повышения температуры, поскольку в газ превращается больше жидкости. Кажется, что пузырьки исходят от источника тепла.

В то время как пузырьки воздуха поднимаются и расширяются, иногда пузырьки пара сжимаются и исчезают, когда вода переходит из состояния газа обратно в жидкую форму. Два места, где вы можете увидеть пузырьки, находятся на дне кастрюли непосредственно перед тем, как вода закипит, и на верхней поверхности. На верхней поверхности пузырь может разбиться и выпустить пар в воздух, или, если температура достаточно низкая, пузырь может сжаться. Температура на поверхности кипящей воды может быть ниже температуры нижней жидкости из-за энергии, которая поглощается молекулами воды при смене фаз.

Если вы дадите кипяченой воде остыть и сразу же кипятите ее, вы не увидите пузырьков растворенного воздуха, потому что вода не успела растворить газ. Это может представлять угрозу безопасности, потому что пузырьки воздуха разрушают поверхность воды в достаточной степени, чтобы предотвратить ее взрывное кипение (перегрев). Вы можете наблюдать это с водой в микроволновке. Если вы кипятите воду достаточно долго для выхода газов, дайте воде остыть, а затем сразу же кипятите ее, поверхностное натяжение воды может предотвратить кипение жидкости, даже если ее температура достаточно высока. Тогда столкновение с контейнером может привести к внезапному сильному кипению!

Люди часто думают, что пузыри сделаны из водорода и кислорода. Когда вода кипит, она меняет фазу, но химические связи между атомами водорода и кислорода не нарушаются. Единственный кислород в некоторых пузырьках поступает из растворенного воздуха. Там нет никакого газообразного водорода.

Состав пузырьков в других кипящих жидкостях

Если вы кипятите другие жидкости, кроме воды, происходит тот же эффект. Начальные пузырьки будут состоять из любых растворенных газов. По мере приближения температуры к точке кипения жидкости пузырьки станут паровой фазой вещества.

Кипение без пузырей

В то время как вы можете вскипятить воду без пузырьков воздуха, просто кипятив ее, вы не сможете достичь точки кипения, не получив пузырьков пара. Это верно для других жидкостей, в том числе расплавленных металлов. Однако ученые обнаружили способ предотвращения образования пузырьков. Метод основан на эффекте Лейденфроста, который можно увидеть, разбрызгивая капельки воды на горячей сковороде. Если поверхность воды покрыта высокогидрофобным (водоотталкивающим) материалом, образуется паровая подушка, которая предотвращает образование пузырьков или взрывное кипение. Техника не имеет большого применения на кухне, но она может быть применена к другим материалам, потенциально уменьшая поверхностное сопротивление или управляя процессами нагрева и охлаждения металла.

Как сделать замороженные пузыри на сухом льду

Давайте сделаем замороженные пузырьки, используя сухой лед и пузырьковую палочку. Вы можете подобрать замороженные пузырьки, чтобы внимательно изучить их.

Стоит ли пускать мыльные пузыри при плавании?

Некоторые пловцы пускают мыльные пузыри, а другие нет. Вот несколько советов о том, как дышать во время плавания, которые могут помочь вам во время следующей тренировки.

Как сделать пузыри, которые не поп

Если вы устали от пузырьков, которые появляются, как только вы их дуете, попробуйте этот рецепт для неразрушимых пузырьков.

Источник