Почему не закипит вода в сосуде

kozlov61@mail.ru Мудрец (11537) 13 лет назад

Весьма интересная задача. Автору вопроса спасибо!

Начну, однако, с того, что рисунок содержит ошибку: согласно закону Архимеда, не может уровень воды в первом (плавающем) сосуде быть выше, чем во втором. Если плотность вещества, из которого сделан первый сосуд, больше плотности воды, он погрузится так, что уровень воды в нём будет ниже, чем той воды, в которой он плавает.

Ну а заставить закипеть воду в первом сосуде, не удаляя воды из второго, можно так. Сначала нагреть всю систему (оба сосуда с водой) до температуры более, чем +100 градусов Цельсия. Этого можно добиться либо осуществляя нагрев в барокамере при повышенном давлении, либо, герметично закрыв второй (больший) сосуд. (Как я уже говорил, первый сосуд будет плавать гораздо ниже и закрыванию второго сосуда мешать не будет. ) Далее, доведя воду во втором сосуде до кипения, вернуть систему к нормальному давлению 1 атмосфера – и вода станет интенсивно кипеть в ОБОИХ сосудах.

Юлия Мастер (2220) 13 лет назад

1.Опустить 2 кипятильник в другой сосуд.

2.Греть этим пока не закипят оба.

3.Вынуть сосуд из первого и нагревать его отдельно

Ми Знаток (342) 13 лет назад

на самом деле соленая вода имеет более низкую температуру кипения, значит и закипает быстрее; но ведь здесь эффект водяной бани, поэтому вода из 2 сосуда закипит все равно раньше и вода в нем выкипит скорее, чем закипит вода в первом

Goodvin VU Мудрец (14728) 13 лет назад

Только добавкой во 2-й сосуд вешеств, повышаюших температуру кипения (на счет соли я что-то сомневаюсь) . если жидкости в сосудах одинаковые – кипение не наступит, поскольку кипение очень энергоемкий процесс, а при равенстве температур переход тепла из сосуда 2 в сосуд один не произойдет.

Чуть не забыл – это все при условии, что давление в сосудах одинаковое!

Коротеев Александр Высший разум (113030) 13 лет назад

Во-первых – почему само по себе не закипает.

Для того, чтобы вода кипела (при атмосферном давлении) – ей мало иметь температуру 100 градусов – надо ещё подводить тепло (точнее энергию) (к тому же больше, чем излучается вверх) .

А передача энергии может быть только при разности температур.

Вода в сосуде 2 кипит, потому что его дно нагрето больше чем на 100 градусов и оно передаёт тепло. Но температура кипящей воды 100 градусов и она не может передать тепло тому, чья температура 100 градусов или выше. Но это необходимо, чтобы вода в первом сосуде закипела.

Выход – надо либо как-то повысить температуру кипения воды во втором сосуде (добавкой, или избыточным давлением (не очень легко реализовать второе… ) ), либо надо понизить температуру кипения во втором сосуде (добавкой или понижением давления – это уже более реалистично) . Впрочем если можно понижать давление в первом сосуде, можно обойтись и вовсе без горелки – при достаточно низком давлении она и так будет кипеть.

Ещё один способ изложен в ответе Антона Грязнова, если я правильно его понял. Надо добиться соприкосновения донышек сосудов, чтобы дно первого сосуда могло нагреться выше ста. . и т. д.

Львёнок Мастер (1841) 13 лет назад

Эх вы физики! Просто надо дождаться пока вода не выкипит во втором сосуде а потом закипит и первый.

kozlov61@mail.ruМудрец (11537) 13 лет назад

Денис Горожанцев, а минус вопросу за что? Интересный же ведь.

А ответ Ваш не удовлетворяет. – Если вода во втором сосуде выкипит, изменится конфигурация системы и это уже будет другая задача. Я полагаю, решение надо искать, не устраняя воду из второго сосуда.

Источник

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:

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.

Источник

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.

Чем выше изначальная температура воды и воздуха вокруг, тем быстрее начнётся кипение: на нагревание будет затрачено меньше энергии, а значит, меньше времени уйдёт на её получение.

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.

Соответственно, влияние оказывает также высота, на которой происходит кипячение, ведь с высотой давление уменьшается, как и температура кипения, потому что слой атмосферы сверху становится тоньше.

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.

Чтобы узнать количество времени (секунд) точно до закипания, можно воспользоваться формулой: t= (c1m1t°C1+ c2m2t°C2 +Lm) / N

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.

Присмотревшись, над поверхностью воды можно будет увидеть поднимающийся пар. Если нет цели заставить воду выкипать, стоит снять её с плиты.

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.

Обычный чайник несильно отличается от металлической кастрюли похожей конфигурации и размера, поэтому время закипания у них приблизительно одинаково.

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.

А какова Ваша оценка данной статье?

Источник