Как будет изменяться температура кипения воды если сосуд с водой

Популярный вопрос. Пока система не подклеила автоматически те ответы которые уже есть скопирую сюда свой старый ответ:

Кипятите на здоровье, главное чтобы чайник был с нерастворимыми стенками (вдруг там какой старый пластик) и вода была без посторонних примесей (мы же не можем рассмотреть поведение любых растворов, мы только про воду получившую допуск сан.служб).

Вики:

Среди населения бытует миф о том, что при длительном кипячении природной воды концентрация тяжёлой воды в ней повышается, что якобы может вредно сказаться на здоровье. В действительности же реальное повышение концентрации тяжёлой воды при кипячении ничтожно. Академик Игорь Васильевич Петрянов-Соколов как-то подсчитал, сколько воды должно испариться из чайника, чтобы в остатке заметно повысилось содержание дейтерия. Оказалось, что для получения 1 литра воды, в которой концентрация дейтерия равна 0,15 %, то есть всего в 10 раз превышает природную, в чайник надо долить в общей сложности 2,1·10^30 тонн воды, что в 300 млн раз превышает массу Земли

Единственное, конечно, у даже один раз нагретой воды меняется вкус — уходит растворенный кислород.

Прежде всего давайте условимся, что вода у нас чистая, чего в химическом абсолютном смысле никогда не бывает, и давление у нас равно нормальному атмосферному, чего тоже не бывает, потому что даже в одном отдельно взятом стакане давление на поверхности и на дне разное. Но тем не менее мы так условимся. Ок? 🙂

При 0°С вода и тает и замерзает. Чтобы вполне уяснить себе происходящее представьте себе воду не как нечто целостное, а как движущиеся молекулы, которые и притягиваются и одновременно. Медленные перестают улетать от своих соседей и начинают колебаться друг около друга (тогда они являются частичками твёрдого вещества), а быстрые покидают своих соседей (тогда то, что из них составлено не может удержать свою форму и становится жидким).

Например, две молекулы, которые «притулились» друг к другу — это конечно же еще не лёд, и сто, и тысячу — тоже еще не лёд. Но где-то количество переходит в качество. Больше того, этот процесс находится в постоянном движении. Какие-то молекулы приплывают отдохнуть к этой куче, а какие-то опять уходят погулять. Только те, кто в середине более-менее стабильны — у них нет беспокойных соседей.

Вот так можно представить себе то, что происходит при температуре около 0°C. Но температура и давление неравномерны. (Теоретически, можно было бы говорить о «температуре» каждой отдельной молекулы, но оставим это нанотехнологиям). И можно подобрать такое соотношение температуры и давления, при которых в одном месте вода будет существовать не в двух (о чём был Ваш вопрос), а одновременно в 3 состояниях. Это называется Тройная точка воды.

Чтобы вопрос содержал физический смысл необходимо уточнить понятие “частицы”, а подсказка автора — “температура частицы”, указывает, что это не электрон (он точечный и не может иметь температуры). Для примера возьмём протон, состоящий из трех валентных кварков (uud), связанных цветовыми силами в море кварк-антикварковых пар и глюонов. Звучит жутко непонятно, но всё просто.

Температура (T) термодинамической системы (протон) пропорциональна средней кинетической энергии (E) частиц системы или другими словами T = ⅔(E/k), где k — постоянная Больцмана. Среднюю кинетическую энергию (E = mv²/2) определим из приближений: вклад глюонов нулевой из-за отсутствия у них массы; вклад виртуальных кварк-антикварковых пар моря так же — ноль, по определению; валентные кварки квазисвободны и скорости (v) их близки к скорости света (v ≈ с); средняя масса кварков равна m = 3 МэВ/с². Подставив численные значения, получим T ≈ 10¹⁰ К или 10 млрд К.

Из хронологии Вселенной следует, что это соответствует температуре Вселенной в Адронную эпоху, когда возраст Вселенной был немногим менее 1 секунды. Таким образом, все протоны, в том числе протоны в составе ядер атомов наших тел и планеты Земля, “нагреты” до температуры 10 млрд градусов Кельвина, что в 1000 раз выше температуры в центре Солнца, и ничего — живём без проблем.

Максимальные температуры достигнутые человеком на сегодня равны около 4 трлн градусов К или 4×10¹² К для кварк-глюонной плазмы при столкновениях ядер атомов золота на скоростях близких к скорости света (Брукхейвен, Нью-Йорк). Такая температура была в Кварковую эпоху, когда Вселенной было менее 1 мксек.

⋇ Читатель со звёздочкой может спросить: “Если всё так, то почему нет теплового излучения от протонов, раскалённых до 10 млрд °C ?”. Подумайте. Пишите.

Повышение температуры — это проявление в нашем макромире изменения скорости молекул в их микромире. Это одно и то же на разных уровнях.

Температура — это свойство системы, а движение частиц — свойство отдельных частей системы каждой в отдельности, тогда как система — все они вместе взятые.

Вот мы нагреваем воду в кастрюле: тепло течёт от плиты к кастрюле и от кастрюли к воде, но тепло — это не температура, а энергия, которая сообщается телами друг другу, а точнее не телами, а их частицами. Вот ионизированная частица пламени коснулась дна кастрюли, чуть замедлилась и чуть разогнала толщу металла, вот другая, вот третья, вот сотая, вот тысячная — и это за мгновения — и то же самое делают частицы кастрюли с водой с той лишь разницей, что у материалов кастрюли и воды разная склонность к ускорению движения частиц. Частицы воды будут разгоняться всё быстрее и быстрее пока не достигнут той скорости, при которой смогут покинуть толщу воды — вода закипит и её частицы испарятся.

Вот мы разгоняем толпу: полицейские стеной медленно движутся на людей, а те медленно движутся от них, полиция расступается и из-за них выезжает быстроходный броневик, от которого толпа начинает двигаться значительно быстрее. В целом каждый отдельно взятый член толпы может стоять, идти или бежать, но чем больше будет бегущих, тем больше в целом толпа будет двигаться, тем больше она будет бежать, и тем больше это её движение будет хаотично, пока она не распадётся на отдельных разбегающихся людей. Толпа “кипит”, люди “испаряются”.

Активность толпы — это то, как система выглядит в целом со стороны. Движение отдельных людей — то, что формирует эту видимость изнутри.

Разгоняя толпу, мы не передаём ей некую «активность», а лишь передаём движение собственными движущимися элементами — полицейскими, броневиками.

Температура — это то, как система в целом выглядит со стороны. Движение частиц — то, что формирует эту видимость изнутри.

Нагревая воду, мы не передаём ей некую «температуру», а лишь передаём движение иными движущимися элементами — ионизированными частицами огня, например.

Аналогия ясна?

По этому высоко в горах нет смысла варить суп – не сварится. Кипение – это момент, когда давление насыщенного пара… Читать дальше

Чтобы понять почему это происходит нужно понять как происходит кипение. Пусть сосуд с жидкостью стоит на открытом огне. Жидкость в единицу времени получает Q1 джоулей теплоты, но и отдаёт в окружающую среду Q2 джоулей. Если Q1 > Q2, то происходит увеличение температуры жидкости, или одним словом, нагревание. Как жидкость отдаёт тепло? Двумя способами: через стенки сосуда и испаряясь. Первый способ нас мало интересует, а вот испарение может происходить по разному. До начала кипения испарение происходит только с поверхности, а при кипении пузырьки насыщенного пара образуются по всему объёму, всплывают и лопаются. При кипении Q2 резко возрастает и быстро достигает Q1. По этому при кипении температура жидкости в среднем остаётся постоянной. Кипение, таким образом, это точка баланса между подводимым и отводимым теплом. Можно сделать огонь под сосудом чуть сильнее или слабее, в результате изменится интенсивность кипения, но температура жидкости останется прежней.

Чтобы пузырёк пара вырос и всплыл под действием архимедовой силы, нужно, чтобы давление в нём превзошло давление в жидкости (а это атмосферное + давление столба жидкости, меньшее к поверхности и бо́льшее у дна. Давление насыщенного пара зависит именно от температуры (это объясняется в термодинамике).

При нормальном атмосферном давлении (760мм.рт.ст) пузырьки пара в воде начинают всплывать и доплывать до поверхности при температуре, которую и стали для ровного счёта считать 100°С (замерзание и кипение воды были выбраны реперными точками для шкалы Цельсия).

Если атмосферное давление выше нормы, то нагревать воду до всплывания пузырьков придётся дольше и до более высокой температуры. И наоборот, если меньше, то пузырьки сорвутся раньше, при меньшей температуре. Вот и всё объяснение.

Логично предположить, что может существовать такое давление, при котором жидкая фаза будет вообще невозможна. Например, тихим солнечным днём положенный на поверхности Марса водяной лёд сразу будет испаряться. Нет жидкой фазы — нет и кипения.

В центре Земли сила тяжести равна нулю, это действительно так. Но гравитационный потенциал – не нулевой! Он даже в полтора раза больше, чем на поверхности.

Ведь что такое потенциал? Это некая скалярная (не имеющая направления) характеристика каждой конкретной точки. Если у двух точек разные потенциалы, то возникает сила, стремящаяся переместить тело из одной точки в другую. Например, сила тяжести. Это мы наблюдаем у поверхности. А если в двух точках потенциал одинаковый, то и силы нет. В центре Земли – именно такая ситуация.

Замедление времени зависит от потенциала, а не от силы. Так что в центре Земли время течет даже еще медленней, чем на поверхности.