Kiehuvan veden lämpötila Miksi veden kiehumispiste on erilainen eri olosuhteissa? Suolan veden kiehuminen

Jokainen, joka opiskeli fysiikkaa koulussa, vastauksena kysymykseen, missä lämpötilassa vesi kiehuu, epäröi, "100 ° C", vaikka hänen arvosanansa olisivätkin alle keskimääräisen. Mutta miksi kiipeilijät valittavat, että korkeudessa heillä on ongelmia ruoanlaitossa ja teetä panemisessa? Puhutaanpa tästä yksityiskohtaisemmin.

Kiehuminen on fysikaalinen prosessi, jolla neste muunnetaan höyryksi. Nesteen kiehumispiste riippuu suoraan sen koostumuksesta ja ilmakehän paineesta. Siksi mitä korkeammalle kiipeämme vuorille, sitä pienemmäksi paine muuttuu, ja vesi tarvitsee matalamman lämpötilan kiehua.

0 korkeudessa veden kiehumispiste on todella 100 ° C. Mutta jokaisella 500 metrin nousulla veden kiehumispiste laskee 2-3 ° C. 1000 m korkeudessa vesi kiehuu lämpötilassa 96,7 ° C. 2000 m: n lämpötilassa se tarvitsee vain 93,3 ° C kiehua.

Elbrusilla, joka on korkein huippu Euroopassa (5642 m), jossa kesän lopussa lämpötila saavuttaa –7 ° С, vesi kiehuu 80,8 ° С.

Kaukasianpaimenkoiralaisen Kazbekin (5033 m) yläosassa tarvitset 83 ° C: n lämpötilaa veden keittämiseen.

Himalajassa, jossa vuoret saavuttavat melkein 9 tuhatta metriä merenpinnan yläpuolella, veden kiehuminen vaatii vielä alhaisemman lämpötilan. Eniten korkea vuori Himalaja - Annapurna - vesi kiehuu noin 70,7 ° C: ssa.

Kazakstanin vuoristossa veden kiehumislämpötila on erilainen:

• Kazakstanin korkeimmalla vuorella Khan-Tengri (7010 m) - 75,5 ° C.
• Talgar-huipussa (4979) - 83,3 ° C.
• Aktaussa (4690) - 84,3 ° C.
• Belukhassa (4506) - 84,9 ° C.

Paineen noustessa myös veden kiehumispiste nousee. Siksi ruoka kypsennetään paljon nopeammin erityisessä astiassa, joka tarjoaa korkean keittopaineen, kuten painekattilassa.

Ei ole sattumaa, että vuoristolaiset ovat kotitalouksien painekattiloiden tärkeimpiä ostajia. Ja maastopyöräilyjen ystäville he tuottavat erityisiä ruokia, jotka tarjoavat korkean kiehumispisteen vedelle.

Kuten tiedät, kiehuessaan vesi menee läpi useita vaiheita:

• ilmakuplien muodostuminen lämpötilan noustessa;
• kuplien lisääntyminen ja niiden nousu pintaan;
• pinnan sameneminen siihen kertyneiden kuplien vuoksi;
• veden kupliminen kuplan puhkeamisen ja höyryn muodostumisen vuoksi.

On huomattava, että suolaveden kiehumispiste on korkeampi kuin makean veden, koska vesimolekyylien väliset suolaionit antavat niille suuremman lujuuden. Seurauksena tarvitaan korkeampi lämpötila sidoksen katkaisemiseksi ja höyryn muodostamiseksi. Esimerkiksi 40 g suolaa nostaa litran veden kiehumispistettä lähes 1 ° C.

Kun vastaat kysymykseen, missä lämpötilassa vesi kiehuu, älä unohda, että paljon riippuu ilmakehän paineesta ja veden koostumuksesta.

Vesi, joka lämmitetään merenpinnalla 100 ° C: seen (212 ° F), alkaa kiehua. Tämä tarkoittaa, että vesihöyrykuplat muodostuvat nestetilavuuden sisään ja nousevat pintaan. Vesi kiehuu, koska tietyssä lämpötilassa vesihöyryn kyllästyspaine on hiukan ilmakehän paineen yläpuolella.

Päällä korkeat korkeudet merenpinnan yläpuolella, ilmanpaine laskee huomattavasti ja vesi kiehuu enemmän alhaiset lämpötilat... Toisaalta, jos nesteen yläpuolella oleva paine kasvaa, kuten esimerkiksi kun vesi on merenpinnan alapuolella tai painekattilassa, kiehuu korkeammassa lämpötilassa. Tekstin alla olevassa kuvassa esitetään kiehumispisteet eri korkeuksilla merenpinnan yläpuolella.

Lämpö- ja korkeuskerroin

Oikealla oleva lähellä oleva kuvaaja näyttää kylläisen höyrynpaineen ja lämpötilan välisen suhteen. Korkeissa lämpötiloissa kylläinen höyrynpaine nousee nopeasti. Vesi kiehuu, kun kylläinen höyrynpaine ylittää hiukan ilmakehän paineen. Siksi ilmanpaineen laskiessa myös kiehumispiste laskee. Oikealla oleva kaukokaavio näyttää veden kiehumispisteen riippuvuuden merenpinnan korkeudesta. Mitä korkeampi on korkeus, sitä matalampi lämpötila vedessä alkaa kiehua.

Kineettinen energia

Veden siirtyessä kaasumaiseen tilaan tärkeä rooli molekyylien kineettinen energia (liikeenergia) pelaa. Kun energiataso on korkea, monet molekyylit haihtuvat, rikkoen sidokset, jotka pitävät ne nestemäisessä tilassa. Alhaisissa paineissa (yläkuvio tekstin alapuolella), molekyylit hankkivat tarpeeksi energiaa kaasukuplien muodostamiseksi lisäämättä suuri numero kuumenna. Lähempänä merenpintaa tarvitaan enemmän lämpöä (punainen nuoli tekstin alapuolella olevassa alakuvassa), jotta höyry tapahtuu.

Keittämisajan lyhentäminen

Oikealla olevan kuvan mukaiset painekattilat luovat vakion korkea verenpaine... Merenpinnan tasolla nämä suljetut astiat nostavat veden kiehumispisteen 121 ° C: seen (250 ° F). Korkeampi kiehumispiste tarkoittaa, että ruoka kypsyy nopeammin, mikä säästää aikaa.

Yllä olevat pitkittäisleikkaukset esittävät painekattilan mekanismeja liiallisen paineen muodostumisen estämiseksi. Kaikki ne - poistoventtiili (vasen kuva), paineensäädin (keskikuva) ja kehystiiviste (oikea kuva) - auttavat hallitsemaan paineita tuulettamalla höyryä ilmakehään.

Jos sinulta kysytään, missä lämpötilassa vesi kiehuu, vastaat todennäköisesti siihen 100 ° C: ssa. Ja vastauksesi on oikein, mutta tämä arvo on oikea vain normaalissa ilmanpaineessa - 760 mm Hg. Taide. Itse asiassa vesi voi kiehua sekä 80 ° C: ssa että 130 ° C: ssa. Selittääkseen tällaisten erojen syyn on ensin selvitettävä, mikä kiehuu.

Tämän mekanismin tutkimisesta on apua selvittää kuinka monta astetta veden kiehuu fyysinen ilmiö... Kiehuminen on prosessi, jolla neste muunnetaan höyryksi ja tapahtuu useissa vaiheissa:

1. Kun nestettä lämmitetään, astian seinämiin tulee mikrohalkeamia ilmaa ja vesihöyryä.
2. Kuplat laajenevat hieman, mutta astiassa oleva neste on niin kylmää, että se aiheuttaa höyryn tiivistymisen kupliin.
3. Kuplat alkavat räjähtää, kunnes koko nesteen paksuus on tarpeeksi kuuma.
4. Jonkin ajan kuluttua veden ja höyryn paine kuploissa tasaantuu. Tämän vaiheen aikana yksittäiset kuplat voivat nousta pintaan ja vapauttaa höyryä.
5. Kuplat alkavat nousta voimakkaasti, tyydyttävän äänen väristyminen alkaa. Tästä vaiheesta alkaen astian lämpötila ei muutu.
6. Kiehumisprosessia jatketaan, kunnes kaikki neste muuttuu kaasumaiseksi.

Höyryn lämpötila

Höyryn lämpötila kiehuessa vedessä on sama kuin itse vedessä. Tämä arvo ei muutu, ennen kuin koko astiassa oleva neste on haihtunut. Kiehumisprosessi tuottaa märkähöyryä. Se on kyllästetty nestemäisillä hiukkasilla, jotka jakautuvat tasaisesti koko kaasumäärään. Lisäksi erittäin dispergoituneet nestemäiset hiukkaset kondensoidaan, ja kylläinen höyry muuttuu kuivaksi.

Siellä on myös ylikuumennettu höyry, joka on paljon kuumempi kuin kiehuva vesi. Mutta se voidaan hankkia vain erityislaitteiden avulla.

Paineen vaikutus

Olemme jo selvittäneet, että nesteen kiehuvaksi on tarpeen tasata nestemäisen aineen ja höyryn paine. Koska vedenpaine on ilmakehän paineen ja itse nesteen paineen summa, on kaksi tapaa muuttaa kiehumisaikaa:

• ilmakehän paineen muutokset;
• paineen muutos itse astiassa.

Ensimmäisen tapauksen voimme havaita alueilla, jotka sijaitsevat eri korkeuksilla merenpinnan yläpuolella. Rannikolla kiehumislämpötila on 100 ° C, ja Everestin huipulla - vain 68 ° C. Tutkijat laskivat, että 300 metrin välein veden kiehumispisteen lämpötila putoaa 1 ° C vuoristokiipeilyssä.

Nämä arvot voivat vaihdella kemiallinen koostumus vesi ja epäpuhtauksien läsnäolo (suolat, metalli-ionit, liukoiset kaasut).

Teekannuja käytetään yleensä kiehuvan veden saamiseksi. Vedenkeittimen veden kiehumispiste riippuu myös asuinalueesta. asukkaat ylängöillä On suositeltavaa käyttää autoklaaveja ja painekeittimiä, jotka auttavat tekemään kiehuvan veden kuumemmaksi ja nopeuttamaan keittoprosessia.

Suolan veden kiehuminen

Se seikka, kuinka monessa asteessa vesi kiehuu, määrää epäpuhtauksien esiintymisen siinä. Osana merivettä natrium- ja kloori-ioneja on läsnä. Ne sijaitsevat H2O-molekyylien välissä ja houkuttelevat niitä. Tätä prosessia kutsutaan nesteytykseksi.

Side veden ja suola-ionien välillä on paljon vahvempi kuin vesimolekyylien välillä. Suolan veden keittäminen vie enemmän energiaa näiden sidosten katkaisemiseksi. Tämä energia on lämpötila.

Myös suolainen neste eroaa tuoreesta nesteestä pienillä H2O-molekyylipitoisuuksilla. Tässä tapauksessa ne alkavat kuumennettaessa liikkua nopeammin, mutta ne eivät voi muodostaa riittävän suurta höyrykuplia, koska ne törmäävät harvemmin. Pienten kuplien paine ei riitä niiden tuomiseksi pintaan.

Veden ja ilmanpaineen tasaamiseksi nosta lämpötilaa. Siksi suolaveden kiehuminen vie paljon kauemmin kuin makean veden, ja kiehumispiste riippuu suolakonsentraatiosta. Tiedetään, että kun 60 g NaCl: ta lisätään 1 litraan nestettä, kiehumispiste nousee 10 ° C.

Kuinka muuttaa kiehumispistettä

Ylämaan alueella on erittäin vaikea valmistaa ruokaa ja se vie liian kauan. Syynä ei ole tarpeeksi kuumaa kiehuvaa vettä. Erittäin korkeissa korkeuksissa on melkein mahdotonta keittää munaa, puhumattakaan hyvää lämpökäsittelyä vaativan lihan keittämisestä.

Nesteen kiehuvan lämpötilan muuttaminen on tärkeää asukkaille paitsi vuoristoalueilla.

Ruoan ja laitteiden sterilointiin on toivottavaa käyttää yli 100 ° C: n lämpötilaa, koska jotkut mikro-organismit ovat lämmönkestäviä.

se tärkeää tietoa ei vain kotiäidille, vaan myös laboratorioissa työskenteleville asiantuntijoille. Kiehumispisteen nostaminen voi myös säästää merkittävästi ruoanlaittoon kuluvaa aikaa, mikä on tärkeää aikamme.

Luvun lisäämiseksi sinun on käytettävä tiukasti kiinnitettyä astiaa. Tähän sopivat parhaiten painekattilat, joissa kansi ei päästä höyryä kulkemaan, mikä lisää paineen astian sisällä. Kuumennuksen aikana höyry vapautuu, mutta koska se ei pääse ulos, se kondensoituu kannen sisäpuolelle. Tämä johtaa sisäisen paineen huomattavaan nousuun. Autoklaavissa paine on 1–2 atmosfääriä, joten neste kiehuu lämpötilassa 120–130 ° C.

Veden maksimikiehumispistettä ei vielä tunneta, koska tämä luku voi nousta niin kauan kuin ilmanpaine nousee. Tiedetään, että höyryturbiineissa vesi ei voi kiehua edes 400 ° C: n lämpötilassa ja useiden kymmenien ilmakehän paineessa. Samat tiedot saatiin valtameren syvyyksiltä.

Kiehuva vesi alennetussa paineessa: Video

Jos nestettä lämmitetään, se kiehuu tietyssä lämpötilassa. Kiehuessa nesteeseen muodostuu kuplia, jotka nousevat huipulle ja räjähtää. Kuplat sisältävät ilmaa, joka sisältää vesihöyryä. Kun kuplat räjähtää, höyry poistuu ja siten neste höyrystyy voimakkaasti.

Eri aineetjotka ovat nestemäisessä tilassa, keitä niiden ominaislämpötilassa. Lisäksi tämä lämpötila riippuu paitsi aineen luonteesta myös ilmakehän paineesta. Joten vesi normaalissa ilmanpaineessa kiehuu 100 ° C: ssa, ja vuorilla, joissa paine on alhaisempi, vesi kiehuu alhaisemmassa lämpötilassa.

Kun neste kiehuu, lisää energian (lämmön) syöttö siihen ei nosta sen lämpötilaa, vaan ylläpitää vain kiehuvaa. Toisin sanoen energiaa käytetään kiehumisprosessin ylläpitämiseen eikä aineen lämpötilan nostamiseen. Siksi fysiikassa sellainen käsite otetaan käyttöön nimellä ominaislämpö höyrystyminen (L). Se on yhtä suuri kuin lämpömäärä, joka tarvitaan 1 kg nesteen täydelliseen kiehumiseen.

On selvää että erilaisia \u200b\u200baineita oma ominainen höyrystymislämpö. Joten lähellä vettä se on 2,3 · 10 6 J / kg. Eetterille, joka kiehuu 35 ° C: ssa, L \u003d 0,4 · 10 6 J / kg. Elohopeaa varten, joka kiehuu 357 ° C: ssa, L \u003d 0,3 10 6 J / kg.

Mikä on kiehumisprosessi? Kun vesi kuumenee, mutta ei ole vielä saavuttanut kiehumispistettään, siihen alkaa muodostua pieniä kuplia. Ne muodostuvat yleensä säiliön pohjassa, koska niitä lämmitetään yleensä pohjan alla, ja siellä lämpötila on korkeampi.

Kuplat ovat kevyempiä kuin ympäröivä vesi ja siksi ne alkavat nousta yläkerroksiin. Lämpötila on kuitenkin täällä jopa alhaisempi kuin alareunassa. Siksi höyry kondensoituu, kuplat pienenevät ja raskaampia ja laskeutuvat jälleen. Näin tapahtuu, kunnes kaikki vesi lämpenee kiehumispisteeseen. Tällä hetkellä kuuluu kiehuvaa melua.

Kun kiehumispiste on saavutettu, kuplat eivät enää laske, vaan kelluvat pintaan ja räjähtävät. Steam karkaa heiltä. Tällä hetkellä ei enää kuulu kuuluvaa ääntä, vaan nesteen kupliminen, joka osoittaa, että se on kiehunut.

Siten kiehumisen, samoin kuin haihdutuksen aikana tapahtuu nesteen siirtyminen höyryksi. Toisin kuin haihtuminen, jota tapahtuu vain nesteen pinnalla, kiehumiseen liittyy kuitenkin höyryä sisältävien kuplien muodostuminen koko tilavuudessa. Lisäksi, toisin kuin haihtuminen, joka tapahtuu missä tahansa lämpötilassa, keittäminen on mahdollista vain tietylle tietyn nesteen ominaislämpötilalle.

Miksi mitä korkeampi ilmakehän paine, sitä korkeampi nesteen kiehumispiste? Ilma puristuu veteen ja siksi paine kasvaa veden sisälle. Kun muodostuu kuplia, myös höyry puristuu niihin ja enemmän kuin ulkoinen paine. Mitä enemmän kuplia painotetaan ulkopuolelta, sitä voimakkaamman sisäisen paineen pitäisi olla niissä. Siksi ne muodostuvat korkeammassa lämpötilassa. Tämä tarkoittaa, että vesi kiehuu korkeammassa lämpötilassa.

Kiehumisprosessi merkitsee nestemäisen aineen muutosta kaasumaiseen tilaan. Ero haihtumisen välillä on se, että se tapahtuu, kun se yhdistetään tiettyihin indikaattoreihin, joihin kuuluvat paitsi lämpötilaindikaattorit, myös paine. Kiehumisen alkamisen nopeus on täysin yhteydessä toisiinsa molekyylien kanssa, jotka kuumenemisesta alkavat törmätä useammin toisiinsa. Jos otat normaalit olosuhteet, sitten kiehumispisteen katsotaan kuumenevan 100 asteessa, mutta itse asiassa tämä on arvoalue, joka riippuu sekä itse nesteestä että myös veden ulko- ja sisäpaineesta. Yhteenvetona voidaan todeta, että tämä alue vaihtelee 70: ltä erittäin korkealla vuorella 110: een, jos se on lähempänä merenpinnan tasoa.

Kiehuneen veden höyrylämpötila vedenkeittimessä

Höyry on neste, vain sen tila muuttuu kaasumaiseksi. Kun se on vuorovaikutuksessa ilman kanssa, se, kuten muutkin kaasumaiset aineet, voi toimia siihen paineen avulla. Höyrystymisen aikana höyryn ja nesteen lämpötila on vakio, kunnes neste on haihtunut. Tämä tapahtuu johtuen siitä, että kaikki lämpötilan teho menee höyryn muodostumiseen. Tämä tilanne myötävaikuttaa kuivan kylläisen höyryn muodostumiseen.

On tärkeää tietää! Kun neste kiehuu, höyryllä on sen asteet samat. Kuumaa kuin neste itse, se osoittautuu vastaanottavan höyryä yksinomaan erityislaitteiden avulla. Tavallisen nesteen keittämiseen vaadittavat asteet ovat 100 astetta.

Missä lämpötilassa suolavesi kiehuu?

Keitä suolavesi kiehuvaksi, ehkä enemmän korkeat lämpötilatkuin tavallisessa tapauksessa. Suolaisen koostumuksen joukossa on ioneja, jotka täyttävät vesimolekyylien alueelliset välit. Tämän takia hydraatio tapahtuu, kun suolaionit yhdistyvät nestemäisiin molekyyleihin. Koska hydraation jälkeen molekyylien sidos vahvistuu huomattavasti, höyrystysprosessi vie pidempään.

Lämmittämällä, suolaista vettä menettää jatkuvasti molekyylejä, vastaavasti niiden törmäys on paljon harvempaa. Kiehuminen vie enemmän aikaa kuin vie raikasta vettä... Lämpötila, jossa voit tehdä kiehuvaa vettä suolavedestä, voidaan lisätä keskimäärin 10 celsiusastetta tavallista korkeammaksi.

Tislatun veden kiehumispiste

Tislattu muoto on puhdistettua nestettä, joka ei sisällä käytännöllisesti katsoen mitään epäpuhtauksia. Tyypillisesti se on tarkoitettu teknisiin, lääketieteellisiin ja tutkimussovelluksiin.

Huomio! Sitä ei suositella syömään ja keittämään ruokaa.

Vesi valmistetaan erityislaitteilla, tislaajalla, jossa makea vesi haihdutetaan ja höyry lauhdutetaan. Tislauksen lopussa epäpuhtaudet jäävät nesteen ulkopuolelle.

Tislatut lajit kiehuvat aivan kuten makea vesi vesijohtovedellä - 100 astetta. On pieni ero, että tislattu neste kiehuu nopeammin, mutta tämä ero on hyvin pieni.

Kuinka paine vaikuttaa kiehuvan veden prosessiin

Paineella on merkittävä ero nesteen kiehumispisteessä. Samalla ilmakehän paineella ja veden sisäisellä paineella on merkitys. Esimerkiksi, jos laitat vettä tulipalon päälle korkeassa korkeudessa, kiehuu 70 celsiusastetta. Vuoristossa ruoanlaitto on vaikeaa. Se vie enemmän pitkä aikakoska kiehuva vesi ei ole tarpeeksi kuuma. Esimerkiksi keitetyn munavalmistuksen yrittäminen epäonnistuu, puhumattakaan keitetystä lihasta, joka vaatii hyvää ruoanlaittoa.

Tärkeä! Älä syö mitään, mitä ei ole lämpökäsitelty tai hyvin keitetty. Varsinkin retkeilyyn ja muihin retkille luonnossa. On tarpeen ennakoida tällaiset vivahteet etukäteen ja vakuuttaa itsesi mahdollisilta yllätyksiltä.

Kun olet lähellä merta, kiehumispiste on aina 100 astetta. Nousee vuorille, kiehumislämpötila laskee yhden asteen 300 metriä ylöspäin. Siksi asukkaille, joiden talot sijaitsevat korkeudessa, suositellaan autoklaavien keittämistä nesteen keittämiseksi niin, että se osoittautuu kuumemmaksi.

Huomio! Tämä informaatio työntekijöiden on tiedettävä lääketieteelliset laitokset ja laboratoriot.

Loppujen lopuksi tiedetään, että tuotteiden ja laitteiden sterilointiin tarvitaan vähintään 100 asteen lämpötila. Muuten instrumentti ja muut laitteet eivät ole steriilejä, mikä voi myöhemmin tuoda paljon komplikaatioita.

Tiedetään, että korkeinta vesimäärää ei ole vielä löydetty. Tämä on seurausta tosiasiasta, että se voi kasvaa siihen hetkeen saakka, jolloin ilmanpaineelle tai pikemminkin kasvulle ei ole mitään rajaa. Höyryturbiinit lämmittävät vettä 400 asteeseen saakka, kun se ei kiehu, ja paine pidetään 30–40 ilmakehässä.