Сравните значения температуры кипения воды в открытом сосуде
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Источник
Автор Виктор На чтение 6 мин. Просмотров 110 Опубликовано 14.02.2020
Многие люди думают, что температура кипения воды составляет 100 градусов Цельсия. Однако этот показатель может меняться в зависимости от атмосферного давления.
Например, на горе Эверест на подъеме 8842 метра над уровнем моря вода закипит при +70°C. А в глубокой шахте при достижении температуры + 103°C
В данной статье мы выясним, как будет меняться температура кипения воды в зависимости от давления: в горах, шахте, вакууме. Рассмотрим особенности процесса кипячения с точки зрения физики и химии.
Как будет меняться температура кипения воды: 4 фактора
Температура, при которой кипит жидкость, называется температурой кипения.
Стоит отметить, что она всегда остается неизменной. Поэтому, если увеличить огонь под кипящей кастрюлей с водой, выкипать будет быстрее, но температура при этом не увеличится, так как средняя кинетическая энергия молекул остаётся неизменной.
Рассмотрим 4 фактора, которые влияют на изменение t°:
- Пониженное атмосферное давление (наблюдается в горной местности) – t° уменьшается.
- Повышенное атмосферное давление (наблюдается в шахте) – t° наоборот увеличивается.
- Применения герметической крышки, вакуума. За счёт герметической крышки или посуды пар не выходит градус кипения увеличивается. При использовании вакуума температура зависит от давления, которое создано внутри его.
- Свойства воды. Соленая вода начинает кипеть при более высокой температуре, чем пресная.
Рассмотрим более подробно каждый из факторов.
Влияние атмосферного давления
Согласно исследованиям и уравнению Клапейрона — Клаузиуса, градус кипения напрямую зависит от атмосферного давления. С его ростом температура кипения увеличивается, а с уменьшением, наоборот, становится все ниже и ниже.
Атмосферное давление — это давление атмосферы, действующее на все находящиеся на ней предметы и земную поверхность. Оно может меняться в зависимости от места и времени и измеряется барометром.
При нормальном атмосферном давлении 760 мм ртутного столба вода кипит при + 100 °C
В горной местности давление уменьшается, а под землей (в шахте) увеличивается.
Для наглядности предоставлена таблица № 1 из большого химического справочника, источник: Волков А. И, Жарский И. В.
Таблица № 1. «Температура кипения воды от давления».
| Р, кПа | t, °C | Р, кПа | t, °C | Р, кПа | t, °C |
| 5,0 | 32,88 | 91,5 | 97,17 | 101,325 | 100,00 |
| 10,0 | 45,82 | 92,0 | 97,32 | 101,5 | 100,05 |
| 15,0 | 53,98 | 92,5 | 97,47 | 102,0 | 100,19 |
| 20,0 | 60,07 | 93,0 | 97,62 | 102,5 | 100,32 |
| 25,0 | 64,98 | 93,5 | 97,76 | 103,0 | 100,46 |
| 30,0 | 69,11 | 94,0 | 97,91 | 103,5 | 100,60 |
| 35,0 | 72,70 | 94,5 | 98,06 | 104,0 | 100,73 |
| 40,0 | 75,88 | 95,0 | 98,21 | 104,5 | 100,87 |
| 45,0 | 78,74 | 95,5 | 98,35 | 105,0 | 101,00 |
| 50,0 | 81,34 | 96,0 | 98,50 | 105,5 | 101,14 |
| 55,0 | 83,73 | 96,5 | 98,64 | 106,0 | 101,27 |
| 60,0 | 85,95 | 97,0 | 98,78 | 106,5 | 101,40 |
| 65,0 | 88,02 | 97,5 | 98,93 | 107,0 | 101,54 |
| 70,0 | 89,96 | 98,0 | 99,07 | 107,5 | 101,67 |
| 75,0 | 91,78 | 98,5 | 99,21 | 108,0 | 101,80 |
| 80,0 | 93,51 | 99,0 | 99,35 | 108,5 | 101,93 |
| 85,0 | 95, 15 | 99,5 | 99,49 | 109,0 | 102,06 |
| 90,0 | 96,71 | 100,0 | 99,63 | 109,5 | 102,19 |
| 90,5 | 96,87 | 100,5 | 99,77 | 110,0 | 102,32 |
| 91,0 | 97, 02 | 101,0 | 99,91 | 115,0 | 103,59 |
Единицы измерения давления в таблице: кПа.
1 кПа = 1000 Па = 0,00986923 атм = 7, 50062 мм. рт. ст
Нормальное атмосферное давление составляет 765 мм. РТ. Ст. = 101,325 Р, кПа
Температура кипения в горах
При подъеме над поверхностью Земли (в горах), температура кипения воды падает, так как снижается атмосферное давление (на каждые 10, 5 м на 1 мм РТ. С). Пузырькам легче всплывать – процесс происходит быстрее.
Поэтому высоко в горах альпинисты не могут приготовить нормальную пищу, а используют законсервированные продукты.
Для варки мяса, как и других продуктов, нужны привычные 100 градусов. В обратном случае все компоненты бульона просто останутся сырыми.
Таблица № 2. «Как будет меняться t° кипения с высотой».
| Высота над уровнем моря | t° кипения |
| 100,0 | |
| 500 | 98,3 |
| 1000 | 96,7 |
| 1500 | 95,0 |
| 2000 | 93, 3 |
| 2500 | 91,7 |
| 3000 | 90,0 |
| 3500 | 88,3 |
| 4000 | 86,7 |
| 4500 | 85,0 |
| 5000 | 83,3 |
| 6000 | 80,0 |
Температура кипения воды в шахте
Если спуститься в шахту, то давление будет увеличиваться.
Температура кипения воды в шахте зависит от глубины (при спуске на 300 м вода закипит при t 101°C, при глубине 600 метров -102 °C
Применение герметической крышки
Герметичные крышки не позволяет образовавшемуся пару ускользнуть. В среднем температура закипания воды увеличивается от 5-20 градусов.
В хозяйстве для приготовления блюд часто используют кастрюли, сковородки с герметичной крышкой. Таким образом, уменьшается время приготовления пищи за счет высокой температуры, а блюда получаются более вкусными. В горных районах с низким давлением это необходимая вещь для приготовления пищи. Так же используют мультиварки и сотейники.
Кипячение воды в вакууме
Вакуум — это среда с газом, с пониженным давлением.
Виды вакуумов:
- низкий;
- средний;
- высокий;
- сверхвысокий;
- экстремальный;
- космическое пространство;
- абсолютный.
Температура кипения воды в вакууме зависит от того, какое давление в нём.
Разные виды вакуумов поддерживают разное давление. Например, в низком вакууме давление составляет от 760 до 25 мм. РТ. Ст. В абсолютном вакууме давление полностью отсутствует. Для точного расчета нужно знать модель вакуума и давление, которое он поддерживает.
Кипение солёной воды
Солёная вода закипает при более высокой температуре за счет своих свойств.
Соль увеличивает плотность воды, соответственно на процесс требуется больше времени.
t° повышается примерно на 1 градус при добавлении 40 грамм соли на литр воды.
Температура кипения воды в чайнике
Чистая пресная вода закипает в чайнике при t° 100 градусов °C при условиях нормального атм. давления 760 мм ртутного столба.
Удельная теплоемкость
Удельной теплоемкостью вещества называется количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 кг этого вещества, чтобы его температура изменилась на 1 градус Цельсия.
Это количество теплоты необходимое для нагревания массы вещества на один градус.
формула удельной теплоемкости
С — удельная теплоемкость;
Q — кол-во теплоты;
— масса нагреваемого охлаждающегося вещества;
— ΔT — разность конечной и начальной температур вещества.
Процесс кипячения воды: 3 основных стадии
Кипение – это интенсивное парообразование, которое происходит при нагревании жидкости по всему объёму при определённой температуре.
Весь процесс кипения воды сопровождается выделением пара. Это одно из состояний воды. При парообразовании температура пара и воды остаются постоянными до тех пор, пока жидкость не изменит свое агрегатное состояние. Это явление объясняется тем, что при кипении вся энергия расходуется в преобразование воды в пар.
В воде растворены молекулы воздуха (газов). При нагревании газ превращается в воздушные пузырьки. При достижении достаточной температуры они лопаются, создаётся характерный шум.
Процесс можно разделить на 3 стадии:
- Появление небольших пузырьков вдоль стенок сосуда. Их количество стремительно увеличивается.
- Массовый подъем пузырьков и увлечения их объема. Помутнение воды, затем «побеление».
- Интенсивное бурление. Пузырьки увеличиваются в размере, поднимаются и лопаются, выпуская пар. Слышен характерный звук кипения.
Что такое кипячёная вода?
Это вода, ранее доведенная до температуры кипения. Сырая вода в своем составе может содержать различные бактерии, микроорганизмы. В водопроводе больших городов много хлора и различных других химических веществ. Процесс кипячения обезвреживает многие микробы. Однако не все бактерии и тяжёлые металлы убиваются в кипящей воде, поэтому питьевая вода происходит предварительную проверку пригодности.
Выводы и рекомендации
Кипячение необходимый процесс для человечества. С помощью него приготавливают пищу, стирают загрязненную одежду, проводят дезинфекцию.
Градус кипения напрямую зависит от давления, свойств воды и емкости.
Подготовлено специалистами www.vodasila.ru
Источник
Что это такое?
Температура кипения воды – это граница ее фазового перехода из жидкого состояния в газообразное (пар). Причем в этот момент все тепло поглощается этим пограничным процессом, не позволяя воде продолжать греться. Она не нагревается выше 100С, в отличие от пара.
От чего зависит?
Это параметр зависим от следующих факторов:
-
Нагрев. Он заставляет молекулы воды двигаться быстрее, постепенно уравнивая давление ее насыщенного пара с атмосферным.При достаточном нагревании их значения выравниваются. В этот момент вода начинает кипеть.
- Давление окружающей среды – второй по значимости фактор после нагрева. Его сокращение снижает порог закипания.
- Чистота воды незначительно, но влияет на ее закипание. Частицы посторонних включений тяжелее водяных, и для их разгона нужно больший разогрев. Поэтому чем сильнее загрязнение воды, тем выше граница ее закипания.
Чему равна в нормальных условиях?
Состояние, при котором давление составляет 760 мм. рт. ст (101,325 кПа) при 0С, принимают нормальным. Чистая вода в таком состоянии закипает при 100С.
Если выразить температуру кипения воды в этих системах, то она будет равна или 100С, или 475,15 оK или 212 оF. Эти величины равнозначны.
Почему H2O закипает именно при 100 градусах?
Нагрев приводит к отделению растворенного воздуха от H2O и образованию микроскопических пузырей. Чем горячее она становится, тем больше вырастает их объем и количество. При этом их пространство заполняется паром, давление которого также растет.
Постепенно пар становится насыщенным. Пузыри укрупняются и, ускоряясь, покидают воду.
Этому процессу свойственны следующие этапы:
-
образование мелких пузырьков и их группировка на дне и стенках емкости; - рост количества и объема пузырей, а также скорости их подъема на поверхность, что сопровождается характерным звуком;
- массовое всплытие и ускорение движения пузырьков вызывает усиление звука бурления и изменение его тональности.
На последней стадии объем паровых пузырей максимален. Давление пара и атмосферы соизмеримы, что и провоцирует фазовый переход и сильное бурление. Если значение давления атмосферы близко к нормальному, то описанный процесс протекает именно при 100С.
Может ли кипеть при нагреве более или менее 100С?
Из вышесказанного следует утвердительный ответ. Достаточно искусственно повысить давление, окружающее воду, или растворить в ней какое-нибудь вещество. Опыт показывает, что температура кипения воды повысится на 1С при добавлении в ее состав 40 граммов пищевой соли.
Напротив, в разряженном воздухе температура закипания снижается (ориентировочно около 0,2С на каждые 5 мм. рт. ст.).
Так на высоте 4000 м. над уровнем моря вода закипит при 80С. На этом уровне разреженность атмосферы составляет 357 мм. рт. ст. или 47,6 кПа.
Заключение
Теперь можно утверждать, что температура кипения воды не является незыблемой константой. Поэтому неудивительно, что на Эвересте она составляет порядка 69 градусов. Напротив, океаническая вода закипает только при 101С по причине своей солености.
Каноническое же значение, равное 100С, подразумевает проведение измерения с кристально чистой H2O и нормальным давлением. Разумеется, соблюсти оба требования на практике принципиально невозможно.
А какова Ваша оценка данной статье?
Источник
Инструкция по выполнению работы
Для выполнения экзаменационной работы по физике отводится 4 часа (180 минут). Работа состоит из 3 частей, включающих 35 заданий.
Часть I содержит 25 заданий (1 – 25). К каждому заданию дается 4 варианта ответа, из которых правильный только один.
Часть II содержит 4 задания (26 – 29), в которых ответ необходимо записать в виде набора цифр.
Часть III состоит из 6 задач (30–35), для которых требуется дать развернутые решения.
При вычислениях разрешается использовать непрограммируемый калькулятор.
Внимательно прочитайте каждое задание и предлагаемые варианты ответа, если они имеются. Отвечайте только после того, как вы поняли вопрос и проанализировали все варианты ответа.
Выполняйте задания в том порядке, в котором они даны. Если какое-то задание вызывает у вас затруднение, пропустите его. К пропущенным заданиям можно будет вернуться, если у вас останется время.
Баллы, полученные вами за выполненные задания, суммируются. Постарайтесь выполнить как можно больше заданий и набрать наибольшее количество баллов.
Желаем успеха!
ЧАСТЬ I.
1. За t = 8,4 с материальная точка совершает N = 12 гармонических колебаний. Чему равен период T этих колебаний?
1) 0,7 c 2) 0,175 c 3) 0,35 c 4) 100,8 c
Ответ №:
2. Тело, подвешенное на пружине, совершает гармонические колебания с частотой ν. С какой частотой происходит изменение полной механической энергии колебательной системы? Силой сопротивления воздуха пренебречь.
1) ν/2
2) ν 3) 2ν 4) Полная механическая энергия не меняется
Ответ №:
3. Груз колеблется на пружине, подвешенной вертикально к потолку, при этоммаксимальное расстояние от потолка до центра груза равно H, минимальное h. В точке, удаленной от потолка на расстояние h,
1) Кинетическая энергия шарика максимальна
2) Потенциальная энергия пружины минимальна
3) Потенциальная энергия взаимодействия шарика с землей максимальна
4) Потенциальная энергия взаимодействия шарика с землей минимальна.
Ответ:
4. В каком агрегатном состоянии потенциальная энергия взаимодействия частиц вещества самая большая?
1) твердое
2) газ
3) жидкость
4) определенное ответить нельзя, всё зависит от химического состава вещества
Ответ №:
5. Температура плавления серебра t = 960 ºC по шкале Цельсия. Какова температура T плавления серебра по шкале Кельвина?
1) 614 K 2) 1233 K 3) 687 K 4) 1133 K
Ответ №:
6. Из чайника выкипела вода объемом 0,5 л, начальная температура которой была равна 100 ºС. Какие количество теплоты было затрачено на выкипание?
1) 0,63 кДж 2) 115 кДж 3) 1,08 МДж 4) 1,15 МДж
Ответ №:
7. Сравните значения температуры T1 кипения воды в открытом сосуде на вершине горы и T2 у основания горы.
1) на вершине горы вода кипеть не может 2) T1 = T2 3) T1 > T2 4) T1 < T2
Ответ №:
8. В воздушное огниво капнули немного эфира и резко ударили по поршню. Эфир воспламеняется. Почему это происходит?
1) за счет работы происходит возрастание внутренней энергии газа и повышение его температуры, что вызывает воспламенение эфира
2) за счет работы происходит уменьшение внутренней энергии газа и повышение его температуры, что вызывает воспламенение эфира
3) за счет теплопередачи происходит уменьшение внутренней энергии газа и повышение его температуры, что вызывает воспламенение эфира
4) за счет теплопередачи происходит возрастание внутренней энергии газа и повышение его температуры, что вызывает воспламенение эфира
Ответ №:
9. При подведении к 400 г вещества 5800 Дж теплоты его температура возросла на 5 K. Найдите удельную теплоёмкость этого вещества.
1) 2900 Дж/кг·К 2) 2,9 Дж/кг·К 3) 1160 Дж/кг·К 4) 2,9 Дж/К
Ответ №:
10. Для купания младенцев рекомендуемая температура воды составляет 36 °C. Какое количество вскипячённой воды (100 °C) нужно добавить к 10,0 литрам родниковой воды (4 °C), чтобы достигнуть оптимальных условий купания?
1) 3,2 л 2) 5,0 л 3) 5,6 л 4) 20 л
Ответ №:
11. Укажите наблюдение, которое показывает, что скорость молекул газа убывает с уменьшением его температуры1) Горящая спичка гаснет, если её полить водой
2) Для того, чтобы столбик ртутного медицинского термометра переместился с отметки 38 на отметку 35, его надо встряхнуть
3) Бытовой холодильник охлаждает продукты, если он включен в электрическую сеть
4) Воздушный шарик на морозе уменьшается в объеме.
Ответ №:
12. На графике показана зависимость температуры воды в чайнике от времени. Такой ход графика возможен, если
1) Первые 20 минут чайник стоял на плите, а вторые 20 минут – на столе
2) Первые 20 минут чайник стоял на столе, а вторые 20 минут – на горячей плите
3) Все 40 минут чайник стоял на столе
4) Все 40 минут чайник стоял на горячей плите
Ответ №:
13. Как изменится абсолютная температура разреженного одноатомного газа, если средняя квадратичная скорость теплового движения его молекул уменьшится в 5 раз?
1) уменьшится в 25 раз
2) уменьшится в 5 раз 3) уменьшится в 2,5 раза 4) уменьшится в 5 раз
Ответ №:
14. Газ, состоящий из молекул с массой m1, оказывает на стенки сосуда давление p1. Какое давление p2 на стенки сосуда оказывает газ из молекул с массой m2 = m1/2 при одинаковых концентрациях молекул n1 = n2 и средних квадратичных скоростях теплового движения молекул v1 =v2?
1) p2 = p1/2 2) p2 = p1 3) p2 = 2p1 4) p2 = 4p1
Ответ №:
15. В резиновом шарике воздух нагрелся от 20 ºС до 40 ºС, при этом давление в нем
1) практически не изменилось 2) возросло в 2 раза 3) возросло в 4 раза 4) уменьшилось в 2 раза
Ответ:
16. Внутри твердых тел теплообмен осуществляется преимущественно путем
1) конвекции 2) теплопроводности и конвекции 3) излучения и конвекции
4) теплопроводности
Ответ №:
17. Выберите верные соотношения для приращения внутренней энергии идеального газа ΔU1 при изотермическом сжатии и ΔU2 при изотермическом расширении? 1) ΔU1 > 0, ΔU2 > 0 2) ΔU1 < 0, ΔU2 = 0 3) ΔU1 = ΔU2 = 0
4) ΔU1 > 0, ΔU2 < 0
Ответ №:
18. В комнате в течение τ был включен нагреватель мощностью P. При этом температура в комнате повысилась от T1 до T2, а давление осталось неизменным. Считая воздух идеальным двухатомным газом, рассчитайте, на сколько изменилась его внутренняя энергия.
1) Не изменилось
2) Увеличилась на величину cm(t2-t1), где c и m – удельная теплоемкость и масса воздуха
3) Увеличилась на 5Rm (T2 – T1)/2M
4) Увеличилась на Pτ
Ответ №:
19. Гелий в количестве двух моль изобарно сжимают, уменьшая его объем в 2 раза. При этом внутренняя энергия гелия
1) увеличивается в 4 раза 2) увеличивается в 2 раза 3) уменьшается в 2 раза
4) уменьшится в 4 раза
Ответ №
20. 2 моля водорода находятся в сосуде объемом V при комнатной температуре и давлении p. Каким должен быть объем моля кислорода при той же температуре и том же давлении?
1) 2V 2) V 3) 0,5V 4) 4V
Ответ №:
21. Газ отдал количество теплоты 100 Дж, при этом внутренняя энергия газа уменьшилась на 100 Дж. В этом процессе
1) над газом совершили работу 200 Дж
2) газ совершил работу 200 Дж
3) газ совершил работу 100 Дж
4) работа газом не совершалась
Ответ №:
22. В трех одинаковых сосудах находится идеальный газ. Объем, температура и количество газа во всех сосудах одинаковые. Объем идеального газа уменьшается на одну и ту же величину в различных процессах: изобарном (1), изотермическом (2) и адиабатном (3). Выберите верное соотношение между величинами работ внешних сил в этих процессах.
1) A1 > A3 > A2 2) A3 > A2 > A1 3) A1 > A2 > A3 4) A2 > A3 > A1
Ответ №:
23. Газ находится в баллоне при температуре 127 ºС и давлении 1 атм. Что за вещество содержится в баллоне, если его плотность 1,44 кг/м3?
1) CO2 2) He 3) O3 4) CO
Ответы №:
24. Сравните КПД тепловых машин, в каждой из которых рабочее тело меняет давление и свой объем циклически. Циклы для машин А – верхний треугольник для рисунке, для машины В – нижний.
1) ηA > ηB
2) ηA < ηB
3) ηA = ηB = 1
4) ηA = ηB < 1
Ответ №:
25. Газ сжали так, что его объем уменьшился от 2,5 м3 до 1,5 м3 при постоянном давлении 5·104 Па. В процессе сжатия внешние силы совершили работу
1) 50 кДж 2) 75 кДж 3) 125 кДж 4) 150 кДж
Ответ №:
26. Установите соответствие между физическими процессами в идеальном газе неизменной массы и формулами, которыми эти процессы можно описать (N – число частиц, p – давление, V – объем, T – абсолютная температура).
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
| ПРОЦЕССЫ | ФОРМУЛЫ |
| А. Изобарный процесс при N = const Б. Изохорный процесс при N = const | 1) pT-1 = const 2) TV = const 3) pV = const 4) VT-1 = const |
Ответы AB:
27. Разреженный гелий массой m находится в сосуде под поршнем. В ходе эксперимента изменяются некоторые параметры этого газа; значения концентрации и давления гелия через определённые промежутки времени записываются в таблицу. Установите соответствие между табличными данными и типом термодинамического процесса.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры друг за другом
| Таблица с экспериментальными данными | ФИЗИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС | |||||||||||||||||||||||||
| A) B) |
| 1) Изохорный 2) Изобарный 3) Изотермический 4) Адиабатический | ||||||||||||||||||||||||
Ответы AB:
28. Изменение состояния фиксированного количества одноатомного идеального газа происходит по циклу, показанному на рисунке. Установите соответствие между процессами и физическими величинами (ΔU – изменение внутренней энергии, А – работа газа), которые их характеризуют.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
| ПРОЦЕССЫ | ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ |
| А) Переход 3 → 4 Б) Переход 4 → 1 | 1) ΔU > 0, A > 0 2) ΔU < 0, A < 0 3) ΔU < 0, A = 0 4) ΔU > 0, A = 0 |
Ответы AB:
29. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины вычисляются (Q1 – теплота, переданная нагретому телу, Q2 – теплота, переданная холодному телу, А – работа в цикле, T1 – температура нагретого тела, T2 – температура холодного тела).
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
| ОПИСАНИЕ | ФОРМУЛА |
| А. КПД теплового двигателя Б. КПД идеального теплового двигателя В. Работа, совершаемая двигателем за цикл. | 1. A = Q1 – |Q2| 2. η = A/Q1 3. η = 1 – T2/T1 |
Ответы ABC:
Источник