Як змяняецца тэмпература кіпення вады ў залежнасці ад ціску

Для чаго чалавек пачаў кіпяціць ваду перад яе непасрэдным ужываннем? Правільна, каб засцерагчы сябе ад шматлікіх хваробатворных бактэрый і вірусаў. Гэтая традыцыя прыйшла на тэрыторыю сярэднявечнай Расіі яшчэ да Пятра Першага, хоць лічыцца, што менавіта ён завёз першы самавар у краіну і ўвёў абрад павольнага вячэрняга чаявання. На самай справе нейкае падабенства самавараў наш народ выкарыстоўваў яшчэ ў старажытнай Русі для падрыхтоўкі напояў з траў, ягад і корань. Кіпячэнне патрабавалася тут у асноўным для здабывання карысных экстрактаў раслін, чым для абеззаражання. Бо ў тую пару нават не было вядома аб мікрасвеце, дзе гэтыя бактэрыі з вірусамі насяляюць. Аднак дзякуючы кіпячэнню нашу краіну абыходзілі бокам сусветныя пандэміі страшных захворванняў, такіх як халера або дыфтэрыя.

шкала Цэльсія

Вялікі метэаролаг, геолаг і астраном з Швецыі Андэрс Цэльсій першапачаткова выкарыстаў значэнне ў 100 градусаў для абазначэння пункту замярзання вады пры нармальных умовах, а тэмпература кіпення вады была прынятая за нуль градусаў. І ўжо пасля яго смерці ў 1744 годзе не менш вядомая асоба, батанік Карл Ліней і прыёмнік Цэльсія Мортэн Штремер, перавярнулі гэтую шкалу для зручнасці яе выкарыстання. Аднак, па іншых звестках, гэта зрабіў сам Цэльсій незадоўга да свайго скону. Але ў любым выпадку стабільнасць паказанняў і зразумелая градуіроўка паўплывалі на паўсюднае распаўсюджванне яе выкарыстання сярод самых прэстыжных на той час навуковых прафесій - хімікаў. І, нягледзячы на тое што ў перавернутым выглядзе адзнака шкалы ў 100 градусаў ўсталёўвала кропку стабільнага кіпення вады, а не пачатку яе замярзання, шкала стала насіць імя першараднага яе стваральніка, Цэльсія.

ніжэй атмасферы

Аднак не ўсё так проста, як здаецца на першы погляд. Зірнуўшы на любую дыяграму стану ў PT- або PS-каардынатах (энтрапія S функцыянальная ад тэмпературы ў прамой залежнасці), мы ўбачым, як цесна звязаныя паміж сабой тэмпература і ціск. Гэтак жа і тэмпература кіпення вады ў залежнасці ад ціску мяняе свае значэння. І любому альпініст выдатна знаёма гэта ўласцівасць. Кожны, хто хоць раз у жыцці спасцігаў вышыні звыш 2000-3000 метраў над узроўнем мора, ведае, наколькі цяжка дыхаецца на вышыні. Гэта з-за таго, што чым вышэй мы паднімаемся, тым разрэджаных становіцца паветра. Атмасферны ціск падае ніжэй адной атмасферы (ніжэй н. У., Гэта значыць ніжэй "нармальных умоваў"). Падае і тэмпература кіпення вады. У залежнасці ад ціску на кожнай з вышынь яна можа закіпаць як пры васьмідзесяці, так і пры шасцідзесяці градусах Цэльсія.

хуткаварка

Аднак варта памятаць, што хоць асноўныя мікробы і гінуць пры тэмпературах вышэй шасцідзесяці градусаў Цэльсія, многія могуць выжыць пры васьмідзесяці і больш градусах. Менавіта таму мы дамагаемся кіпячэння вады, то ёсць даводзім яе тэмпературу да 100 ° С. Аднак ёсць цікавыя кухонныя прыборы, якія дазваляюць скараціць час і нагрэць вадкасць да высокіх тэмператур, без яе кіпячэння і страты масы з дапамогай выпарэння. Разумеючы, што тэмпература кіпення вады ў залежнасці ад ціску можа змяняцца, інжынеры з ЗША на аснове французскага прататыпа прадставілі міру ў 1920-х гадах хуткаварка. Прынцып яе дзеяння заснаваны на тым, што вечка шчыльна прыціскаецца да сценак, без магчымасці адводу пару. Ўнутры ствараецца падвышаны ціск, і вада закіпае пры больш высокіх тэмпературах. Аднак такія девайсы даволі небяспечныя і нярэдка прыводзілі да выбуху і сур'ёзным апёкам карыстальнікаў.

У ідэале

Давайце разгледзім, як надыходзіць і праходзіць сам працэс. Уявім сабе ідэальна гладкую і бясконца вялікую паверхню нагрэву, дзе размеркаванне цеплыні адбываецца раўнамерна (да кожнага квадратнага міліметры паверхні падводзіцца аднолькавая колькасць цеплавой энергіі), а каэфіцыент шурпатасці паверхні імкнецца да нуля. У гэтым выпадку пры н. у. кіпенне ў ламінарным погранслое будзе пачынацца адначасова па ўсёй плошчы паверхні і адбывацца маментальна, адразу выпараючы ўвесь адзінкавы аб'ём вадкасці, якая знаходзіцца на яе паверхні. Гэта ідэальныя ўмовы, у рэальным жыцці такога не бывае.

У рэальнасці

Давайце высветлім, якая пачатковая тэмпература кіпення вады. У залежнасці ад ціску яна таксама мяняе свае значэння, аднак асноўны момант тут крыецца вось у чым. Калі нават мы возьмем самую гладкую, на наш погляд, рондаль і поднесём яе пад мікраскоп, то ў яго акуляры мы ўбачым нераўнамерныя краю і вострыя частыя пікі, якія выступаюць над асноўнай паверхняй. Цеплыня да паверхні рондалі, будзем лічыць, падводзіцца раўнамерна, хоць у рэальнасці гэта таксама не зусім правільнае сцвярджэнне. Нават калі кастрюля стаіць на самай буйной канфорцы, на пліце градыент тэмператур размяркоўваецца нераўнамерна, і заўсёды існуюць лакальныя зоны перагрэву, якія адказваюць за ранняе кіпенне вады. Колькі градусаў пры гэтым на піках паверхні і ў яе нізінах? Пікі паверхні пры бесперабойным падвядзенні цеплыні выграваюцца хутчэй нізін і так званых западзін. Больш за тое, акружаныя з усіх бакоў вадой з нізкай тэмпературай, яны лепш аддаюць энергію малекулам вады. Каэфіцыент температуропроводности пікаў ў паўтара-два разы вышэй, чым у нізін.

тэмпературы

Менавіта таму пачатковая тэмпература кіпення вады складае каля васьмідзесяці градусаў Цэльсія. Пры гэтым значэнні пікі паверхні падводзяць дастатковую колькасць цеплыні, неабходнага для імгненнага вскипания вадкасці і адукацыі першых бурбалак, бачных воку, якія нясмела пачынаюць падымацца да паверхні. А якая тэмпература кіпення вады пры нармальным ціску - пытаюцца многія. Адказ на гэтае пытанне можна без працы знайсці ў табліцах. Пры атмасферным ціску стабільнае кіпенне усталёўваецца пры 99,9839 ° С.