Почему в горах вода закипает быстрее? Все самое интересное о температуре закипания воды Уменьшение времени приготовления пищи.

Чтобы быстрее приготовить еду, большинство хозяек добавляют в кастрюлю соль, до начала закипания воды. По их мнению, это ускорит процесс приготовления пищи. Другие, наоборот, утверждают, что водопроводная вода вскипает намного быстрее. Чтобы дать ответ на такой вопрос, требуется обратиться к физическим и химическим законам. Почему соленая вода закипает быстрее, чем обычная, и действительно ли это так? Давайте узнаем! Подробности в статье ниже.

Почему соленая вода закипает быстрее: физические законы кипения

Для того чтобы понять, какие процессы начинают происходить при нагревании жидкости, необходимо знать, что ученые подразумевают под технологией процесса кипения.

Любая вода, обычная или соленая, начинает закипать совершенно одинаково. Этот процесс проходит через несколько этапов:

• на поверхности начинают образовываться мелкие пузыри;
• увеличение габаритов пузырей;
• их оседание на дно;
• жидкость становится мутной;
• процесс кипения.

Почему соленая вода закипает быстрее?

Сторонники подсоленной воды говорят, что при нагревании срабатывает теория теплоотдачи. Однако тепло, выделяемое после разрушения молекулярной решетки, не дает большого эффекта. Гораздо важнее технологический процесс гидратации. В это время происходит образование сильных молекулярных связей. Итак, почему соленая вода закипает быстрее?

Когда они становятся очень прочными, воздушным пузырькам намного сложнее двигаться. Для движения вверх или вниз требуется много времени. Другими словами, если в воде находится соль, происходит замедление процесса воздушной циркуляции. В результате соленая вода закипает немного медленнее. Пузырькам воздуха не дают двигаться молекулярные связи. Вот, почему не закипает быстрее, чем не соленая.

А может можно обойтись без соли?

Спор о том, насколько быстро закипает соленая или водопроводная вода может длиться бесконечно. Если посмотреть на практическое применение, большой разницы не будет. Это легко объяснимо законами физики. Вода начинает закипать, когда температура достигает 100 градусов. Это значение может стать другим в случае изменения параметров плотности воздуха. Например, вода высоко в горах начинает кипеть при температуре ниже 100 градусов. В бытовых условиях важнейшим показателем становится мощность газовой горелки, а также температура нагрева электрической плиты. От этих параметров зависит быстрота нагрева жидкости, а также время, необходимое для закипания.

На костре вода начинает закипать через несколько минут, так как сжигаемые дрова, выделяют намного больше тепла, чем газовая плита, да и площадь нагреваемой поверхности намного больше. Отсюда можно сделать простой вывод: чтобы добиться быстрого закипания, требуется включить газовую конфорку на максимальную мощность, а не добавлять соль.

Любая вода начинает кипеть при одинаковой температуре (100 градусов). Но скорость закипания может быть разной. Соленая вода начнет кипеть позже из-за воздушных пузырьков, которым намного сложнее разорвать молекулярные связи. Надо сказать, что закипание дистиллированной воды происходит быстрее, чем обычной, водопроводной. Дело в том, что в очищенной, дистиллированной воде отсутствуют сильные молекулярные связи, нет посторонних примесей, поэтому она начинает нагреваться намного быстрее.

Заключение

Время закипания обычной или соленой воды отличается несколькими секундами. Оно не оказывает никакого влияния на быстроту приготовления пищи. Поэтому не стоит пытаться сэкономить время на закипании, лучше начать строго соблюдать законы кулинарии. Чтобы блюдо получилось вкусным, его нужно солить в определенное время. Вот, почему соленая вода закипает быстрее далеко не всегда!

Среди многочисленных приспособлений для приготовления пищи нередко встречаются очень интересные с точки зрения не только кулинарии, но и физики. Одно из таких устройств – молоковарка –специальная кастрюля для кипячения молока. Она состоит из двух кастрюль, вложенных одна в другую. Между стенками через специальное отверстие заливают воду, а во внутреннюю кастрюлю – молоко (см. рисунки).

При нагревании в такой кастрюле молоко пастеризуется, но не закипает и не «убегает», даже если вода между стенками кастрюль бурно кипит. Возникает вопрос: почему? Ведь молоко примерно на 90% состоит из воды и кипит практически при той же температуре, что и вода. Объяснение этого явления связано с решением старинной задачи «Будет ли кипеть вода в кастрюле, которая плавает в другой кастрюле с кипящей водой?».

Эту задачу и её решение можно встретить, например, в книге «1001 задача по физике». Вот какое решение там приводится. «Очевидно, вода в плавающей кастрюле нагревается до температуры кипения. Однако это ещё не означает, что она закипит: ведь для того, чтобы жидкость, достигшая температуры кипения, и в самом деле закипела, необходим дальнейший подвод теплоты к этой жидкости. Вода в большой кастрюле получает необходимое количество теплоты от нагревателя; вода же в плавающей кастрюле может получить теплоту лишь от воды в большой кастрюле. Однако при достижении температуры кипения теплообмен между жидкостями прекращается, поскольку их температуры становятся одинаковыми. Поэтому вода в плавающей кастрюле кипеть не будет».

Любознательному читателю придёт в голову вопрос о влиянии стенок внутренней кастрюли на кипение воды в ней. Из приведенного решения следует, что это влияние не существенно, так как всё равно теплопередача не происходит. И тогда стенки плавающей кастрюли можно сделать как угодно тонкими или убрать вообще: то есть считать маленькую кастрюлю просто мысленно выделенной частью большой кастрюли! Получается парадокс: без маленькой кастрюли кипит вся вода в большой кастрюле, а с маленькой кастрюлей (даже мысленно выделенной) она кипит не вся.

В чём же разгадка противоречия? Дело в том, что в мысленно выделенной части воды, как и во всём объёме большой кастрюли, вода не кипит тоже! Энциклопедия определяет кипение как «переход жидкости в пар, происходящий с образованием в объёме жидкости пузырьков пара». Поскольку в большой кастрюле пузырьки образуются только в придонном объёме кипящей воды, то и вода кипит только в придонном слое, а во всей остальной толще (с точки зрения физики) наблюдается не кипение, а всплытие образовавшихся около дна пузырьков.

Какова же роль стенок внутренней кастрюли? В том, что поднимающиеся со дна внешней кастрюли пузыри не могут проникнуть в объём, ограниченный стенками внутренний кастрюли. Если этих стенок нет, то пузыри беспрепятственно заполняют весь объём жидкости и создаётся впечатление, что кипит вся вода в кастрюле (бытовое представление о кипении). Тем не менее объёмное кипение можно наблюдать и в быту, например, нагревая воду в микроволновой печи в неметаллических кастрюлях. В этом случае плавающая внутренняя кастрюля от кипения не спасает. Вода будет поглощать микроволны по всему своему объёму и закипит в обеих кастрюлях.

(C) 2010. Эпштейн Вячеслав Григорьевич (г. Харьков)

Процесс кипения воды состоит из трёх стадий:
– начало первой стадии – проскакивание со дна чайника или любого другого сосуда, в котором вода доводится до кипения, крошечных пузырьков воздуха и появления на поверхности воды новых образований пузырьков. Постепенно количество таких пузырьков увеличивается.

– на второй стадии кипения воды происходит массовый стремительный подъём пузырьков вверх, вызывающий сначала лёгкое помутнение воды, которое затем переходит в «побеление», при котором вода внешне напоминает струю родника. Это явление называется кипением белым ключом и крайне непродолжительно.

– третья стадия сопровождается интенсивными процессами бурления воды, появления на поверхности крупных лопающихся пузырей и брызг. Большое количество брызг означает, что вода сильно перекипела.

Кстати, если Вы любите попить чайку, заваренного на чистой природной воде, то для этого можно сделать заказ, не выходя из дома, на сайте, к примеру: http://www.aqualeader.ru/. После чего компания по доставке воды привезет ее на дом.

Простые наблюдатели уже давно обратили внимание на тот факт, что все три стадии кипения воды сопровождаются различными звуками. Вода на первой стадии издаёт едва различимый тонкий звук. Во второй стадии звук переходит в шум, напоминающий гул пчелиного роя. На третьей стадии звуки кипящей воды теряют равномерность и становятся резкими и громкими, хаотически нарастая.

Все стадии кипения воды легко проверяются опытом. Начав нагревать воду в открытой стеклянной ёмкости и периодически замеряя температуру, спустя краткий промежуток времени мы начнём наблюдать пузырьки, покрывающие дно и стенки ёмкости.

Давайте подробнее остановимся на пузырьке, возникающем около дна. Постепенно наращивая объём, пузырёк увеличивает и площадь соприкосновения с прогревающейся водой, которая ещё не достигла высокой температуры. В результате этого находящиеся внутри пузырька пар и воздух охлаждаются, вследствие чего давление их уменьшается, и тяжесть воды лопает пузырёк. Именно в этот момент вода издаёт характерный для закипания звук, возникающий из-за столкновений воды с дном ёмкости в тех местах, где лопаются пузырьки.

По мере приближения температуры в нижних слоях воды к 100 градусам Цельсия внутрипузырьковое давление уравнивается с давлением воды на них, в результате чего пузырьки постепенно расширяются. Увеличение объёма пузырьков приводи и к увеличению действия на них выталкивающей силы, под действием которой наиболее объёмные пузырьки отрываются от стенок ёмкости и стремительно поднимаются вверх. В том случае, если верхний слой воды ещё не достиг 100 градусов, то пузырёк, попадая в более холодную воду, теряет часть водяных паров, конденсирующихся и уходящих в воду. При этом пузырьки снова уменьшаются в размере и опускаются вниз под действием силы тяжести. Возле дна они снова набирают объём и поднимаются вверх, и именно эти изменения пузырьков в размерах создают характерный шум закипающей воды.

К моменту, когда весь объём воды достигает 100 градусов, поднимающиеся пузырьки уже не уменьшаются в размере, а лопаются на самой поверхности воды. При этом происходит выброс пара наружу, сопровождаемый характерным бульканьем – это означает, что вода кипит . Температура, при которой жидкость достигает кипения, зависит от давления, которое испытывает её свободная поверхность. Чем больше это давление – тем большая требуется температура, и наоборот.

То, что вода закипает при 100 градусах Цельсия – общеизвестный факт. Но стоит учесть, что такая температура справедлива только при условии нормального атмосферного давления (около 101 килопаскаля). С увеличением давления температура, при которой жидкость достигает кипения, тоже возрастает. К примеру, в кастрюлях-скороварках пища варится под давлением, приближающимся к 200 килопаскалям, при котором температура кипения воды составляет 120 градусов. В воде с такой температурой варение протекает гораздо быстрее, чем при обычной температуре кипения – отсюда и такое название кастрюли.

Соответственно, понижение давления понижает и температуру кипения воды. К примеру, жители горных районов, обитающие на высоте 3 километров, добиваются кипения воды быстрее жителей равнин – все стадии кипения воды происходят быстрее, поскольку для этого необходимо всего 90 градусов при давлении 70 килопаскалей. Но сварить, к примеру, куриное яйцо жители гор не могут, поскольку минимальная температура, при которой белок сворачивается – как раз 100 градусов Цельсия.

Каждый знает, что температура кипения воды при обычном атмосферном давлении (около 760 мм рт. ст.) составляет 100 °С. Но не всем известно, что вода может закипать при различной температуре. Точка закипания зависит от ряда факторов. Если срабатывают определенные условия, вода может закипеть и при +70 °С, и при +130 °С, и даже при 300 °С! Рассмотрим причины более подробно.

От чего зависит температура кипения воды?

Закипание воды в емкости происходит по определенному механизму. В процессе нагрева жидкости на стенках емкости, в которую она налита, появляются пузырьки воздуха. Внутри каждого пузырька находится пар. Температура пара в пузырьках изначально значительно выше нагреваемой воды. Но ее давление в этот период выше, чем внутри пузырьков. Пока вода не прогрелась, пар в пузырьках сжимается. Затем под воздействием внешнего давления пузырьки лопаются. Процесс длится до тех пор, пока температуры жидкости и пара в пузырьках не сравняются. Именно теперь шарики с паром могут подняться на поверхность. Вода начинает закипать. Далее процесс нагрева прекращается, так как излишки тепла выводятся паром наружу в атмосферу. Это термодинамическое равновесие. Вспомним физику: давление воды состоит из веса самой жидкости и давления воздуха над сосудом с водой. Таким образом, меняя один из двух параметров (давление жидкости в сосуде и давление атмосферы), можно изменить температуру закипания.

Какова температура кипения воды в горах?

В горах температура кипения жидкости постепенно падает. Это связано с тем, что атмосферное давление при восхождении на гору постепенно понижается. Чтобы вода закипела, давление в пузырьках, которые появляются в процессе нагрева воды, должно быть равным атмосферному. Поэтому с увеличением высоты в горах на каждые 300 м температура кипения воды снижается приблизительно на один градус. Такой кипяток не такой горячий, как кипящая жидкость на равнинной местности. На большой высоте сложно, а иногда и невозможно заварить чай. Зависимость кипения воды от давления выглядит таким образом:

Высота над уровнем моря
Температура закипания

А в других условиях?

А какова температура кипения воды в вакууме? Вакуум представляет собой разреженную среду, в которой давление значительно ниже атмосферного. Температура кипения воды в разреженной среде также зависит от остаточного давления. При давлении в вакууме 0,001 атм. жидкость закипит при 6,7 °С. Обычно остаточное давление составляет около 0,004 атм., поэтому при таком давлении вода закипает при 30 °С. При увеличении давления в разреженной среде, температура кипения жидкости будет повышаться.

Почему в герметической емкости вода кипит при более высокой температуре?

В герметически закрытом сосуде температура кипения жидкости связана с давлением внутри емкости. В процессе нагрева происходит выделение пара, который оседает конденсатом на крышке и стенках сосуда. Таким образом, увеличивается давление внутри сосуда. Например, в скороварке давление достигает 1,04 атм., поэтому жидкость кипит в ней при 120 °С. Обычно в таких емкостях давление можно регулировать при помощи встроенных клапанов, следовательно, и температуру тоже.

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

Во время кипения температура жидкости и пара над ней не меняется. Она сохраняется неизменной до тех пор, пока вся жидкость не выкипит. Это происходит потому, что вся подводимая к жидкости энергия уходит на превращение ее в пар.

Температура, при которой кипит жидкость, называется температурой кипения .

Температура кипения зависит от давления, оказываемого на свободную поверхность жидкос-ти. Это объясняется зависимостью давления насыщенного пара от температуры. Пузырек пара растет, пока давление насыщенного пара внутри него немного превосходит давление в жидкости, которое складывается из внешнего давления и гидростатического давления столба жидкости.

Чем больше внешнее давление, тем больше температура кипения .

Всем известно, что вода кипит при температуре 100 ºC. Но не следует забывать, что это справедливо лишь при нормальном атмосферном давлении (примерно 101 кПа). При увеличении дав-ления температура кипения воды возрастает. Так, например, в кастрюлях-скороварках пищу варят под давлением около 200 кПа . Температура кипения воды при этом достигает 120°С. В воде такой температуры процесс варки происходит значительно быстрее, чем в обычном кипятке. Этим и объясняется название «скороварка».

И наоборот, уменьшая внешнее давление, мы тем самым понижаем температуру кипения. Напри-мер, в горных районах (на высоте 3 км , где давление составляет 70 кПа) вода кипит при температуре 90 °С. Поэтому жителям этих районов, использующим такой кипяток, требуется значительно больше времени для приготовления пищи, чем жителям равнин. А сварить в этом кипятке, например, кури-ное яйцо вообще невозможно, так как при температуре ниже 100 °С белок не сворачивается.

У каждой жидкости своя температура кипения, которая зависит от давления насыщенного пара. Чем выше давление насыщенного пара, тем ниже температура кипения соответствующей жидкости, т. к. при меньших температурах давление насыщенного пара становится равным атмосферному. Например, при температуре кипения 100 °С давление насыщенных паров воды равно 101 325 Па (760 мм рт. ст.), а паров — всего лишь 117 Па (0,88 мм рт. ст.). Кипит ртуть при 357°С при нормальном давлении.

Теплота парообразования.

Теплота парообразования (теплота испарения) — количество теплоты , которое необходимо сообщить веществу (при постоянном давлении и постоянной температуре) для полного превращения жидкого вещества в пар.

Количество теплоты, необходимое для парообразования (или выделяющееся при конденса-ции). Чтобы вычислить количество теплоты Q , необходимое для превращения в пар жидкости любой массы, взятой при температуре кипения, нужно удельную теплоту парообразования r ум-ножить на массу m :

При конденсации пара происходит выделение такого же количества теплоты.