Температура кипения воды в открытом сосуде 100
Автор Виктор На чтение 6 мин. Просмотров 167 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
Учебные занятия
В. И.
Ежов,
СОШ д. Азим-Сирма, Респ. Чувашия
Урок-игра по теме «Молекулярная физика. Термодинамика. Свойства жидкостей и твёрдых тел». 8-й класс
Класс заранее разбивается на две группы (семьи) и готовится к
повторению. Интерес к этой игре у учащихся большой.
Сценарий
(После музыкального
вступления учитель обращается к классу с приветствием.)
Когда-то Лобачевский думал, кутаясь в пальто:
«Как мир прямолинеен, видно, что-то здесь не то!»
Но он вгляделся пристальней в безоблачную высь –
И там все параллельные вдруг пересеклись.
Всё известно вокруг, тем не менее
На земле ещё много того,
Что достойно, поверь, удивления
И твоего, и моего.
Удивляйся росе, удивляйся цветам,
Удивляйся упругости стали,
Удивляйся тому, чему люди порой
Удивляться уже перестали.
Уважаемые
друзья, я искренне рад нашей встрече. Как неизменный ревнитель
просвещения я всегда завидовал и завидую учёным, ведущим битву за
знания на передовом крае науки. Термоядерный синтез, чёрные дыры,
генная инженерия – вот они, славные рубежи. Однако, снимая шляпу перед
первопроходцами и первооткрывателями, я вместе с тем утверждаю, что не
только на переднем крае науки и техники, но и в глубоком её тылу
осталось много непознанного. И посему здесь есть место для научных
открытий вам, сегодняшним школьникам. Сегодня у нас игра «Счастливый
случай». К нам издалека приехали две семьи и, надеюсь, они представят
себя.
(Представление семей.)
Итак, начнём игру. Первой вступит в игру «семья
Петровых», затем – «семья Ивановых».
Первый гейм. «Дальше,
дальше…» (за один верный ответ – 1 балл)
Вопросы «Петровым».
Переход молекул из жидкости в пар называется… • Пар, находящийся в
динамическом равновесии со своей жидкостью, называется… • При
повышении внешнего давления температура кипения жидкости… • Давление,
которое производил бы водяной пар, если бы отсутствовали остальные
газы, называют… • Прибор для измерения относительной влажности
жидкости называется… • Температура, при которой исчезают
различия в физических свойствах между жидкостью и её насыщенным паром,
называется… • Выделяется или поглощается теплота при конденсации
водяного пара? • В герметично закрытом сосуде находится только
ненасыщенный водяной пар. Изменится ли концентрация молекул пара при
нагревании сосуда? • Как изменится внутренняя энергия идеального газа
при адиабатическом расширении? • В каком процессе изменение внутренней
энергии системы равно количеству переданной теплоты? • Парообразование,
происходящее во всём объёме жидкости, называется… • Количество
теплоты, необходимое для превращения единицы массы жидкости в пар,
называется… • Искривление свободной поверхности жидкости
около
твёрдой стенки сосуда называется… • Масса водяных паров, содержащихся
в 1 м3, называется…
• Высота подъёма жидкости в капиллярных трубках
при замене воды мыльным раствором… • Что является холодильником
для большинства тепловых двигателей? • Для нормального
самочувствия необходимо, чтобы относительная влажность воздуха была
равна… (40–60%) • Процесс перехода вещества из твёрдого состояния в
жидкое называется…
Вопросы
«Ивановым».
Переход молекул из пара в жидкость называется… • Пар, который простым
сжатием при неизменной температуре превращается в жидкость,
называется… • При понижении внешнего давления температура кипения
жидкости… • Отношение парциального давления водяного пара,
содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенных
паров при той же температуре, выраженное в процентах, называется… •
Выделяется или поглощается энергия при испарении воды? • Как изменяется
внутренняя энергия идеального газа при изотермическом сжатии? • Какой
процесс произошёл при сжатии газа, если работа, совершаемая внешними
силами над газом, равна изменению внутренней энергии? • Температура
кипения воды в открытом сосуде равна 100 °С. Как изменится температура
кипения, если нагревание воды производить в герметично закрытом сосуде?
• Уменьшается или увеличивается температура жидкости при испарении? • В
цилиндре, герметично закрытом поршнем, находятся вода и насыщенный
водяной пар. Как изменится давление в цилиндре, если при перемещении
поршня объём увеличивается, а температура поддерживается постоянной? •
Процесс, происходящий только в одном направлении, называется… •
Температура, при которой выпадает роса, называется… • Узкие
цилиндрические трубки диаметром около миллиметра и менее называются… •
Поднимается или опускается жидкость, смачивающая твёрдое тело, в
капиллярах? • Подвижная деталь теплового двигателя – … • Можно ли в
циклическом процессе превратить всю теплоту в работу? • Отношение
работы, совершаемой двигателем, к полученной энергии,
называется… • Процесс перехода жидкости в твёрдое тело
называется…
Музыкальная
пауза. Объявление результатов
Второй гейм. «Заморочки
из бочки» (за каждый правильный полный ответ – 2 балла, за неполный –
1 балл)
(Поочерёдно каждая семья
вытаскивает из бочки 3–5 вопросов и отвечает на них.)
•
Вычислите массу насыщенного водяного пара в 1 м3
воздуха при
температуре 20 °С. • Известно, что с понижением давления температура
кипения воды уменьшается. Почему же в таком случае не изготавливать
кухонные кастрюли с отсосом воздуха? • Как заставить закипеть жидкость,
не нагревая сосуда? • На улице моросит холодный весенний дождь. В
комнате развешано выстиранное бельё. Высохнет ли бельё быстрее, если
открыть форточку? • Ты мне, я тебе… • Определите
относительную
влажность воздуха с помощью психрометра. • Парциальное давление водяных
паров в атмосфере при 20 °С равно 0,75 кПа. Определите относительную
влажность воздуха. • Ты мне, я тебе… • При испарении жидкости её
температура понижается. Почему же вода в открытом сосуде не замерзает?
• При погружении в жидкость капиллярной стеклянной трубки уровень
жидкости в ней поднялся на 4 мм над уровнем жидкости в сосуде. Чему
будет равна в этом капилляре высота подъёма уровня жидкости, у которой
в два раза большая плотность? • «Счастливый случай» • Спирт
кипит
при температуре 78 °С, а вода – при 100 °С. Почему спиртовым
термометром можно измерить температуру кипящей воды? (Ответ. Объём
канала над спиртом в термометре ничтожен. При нагревании меняется
давление насыщенных паров спирта, поэтому и кипение происходит при
более высокой температуре (как в скороварке). Выкипает ничтожная доля
спирта. – Ред.) • Найдите относительную влажность воздуха в комнате при
18 °С, если точка росы 10 °С. • Почему капли жира, плавающие на
поверхности горячего супа, имеют при наблюдении сверху вид
кругов? • Найдите высоту столбика воды в капиллярной трубке
диаметром
0,5 мм. Коэффициент поверхностного натяжения воды 73
мН/м. • Газу передано 300 Дж количества теплоты, при этом он совершил
работу 400 Дж. Чему равно изменение внутренней энергии газа?
•
Как изменится высота капиллярного поднятия жидкости при повышении
температуры? • Почему запотевают очки, когда человек входит с мороза в
комнату? Несколько дней в 1952 г. Лондон был окутан столь
густым
туманом (смогом), что видимость была минимальной, и в городе погибли
около 4 тыс. человек. В последние годы лондонские туманы стали
относительно слабыми. Одна из причин этого заключается в том, что
сейчас там для отопления редко используют уголь. Объясните этот факт.
(Ответ. Для образования тумана нужны мелкие частицы, на
которых
мог бы конденсироваться водяной пар.)
Музыкальная
пауза. Объявление результатов
Третий гейм. «Гонка за
лидером» (за один верный ответ – 1 балл)
Вопросы «Петровым».
Отношение числа молекул в данном теле к числу Авогадро, называется… •
Тепловое движение взвешенных в жидкости частиц называется… • Газ,
взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало,
называется… • Прибор для измерения температуры – … •
Процесс
изменения состояния термодинамической системы при постоянном
давлении… • Формула основного уравнения МКТ газов: … • Формула для
относительной влажности воздуха: …
• Формула для внутренней энергии идеального газа: …
•
Первый закон термодинамики: … • Уравнение состояния идеального газа:
… • Формула для количества теплоты, необходимого для нагревания
определённой массы вещества: … • Формула для силы поверхностного
натяжения: … • Единица давления: … • Единица энергии: … • Единица
количества вещества: … • Единица скорости: … • Физическая величина,
характеризующая состояние термодинамического равновесия
макроскопической системы, –… • Прибор для измерения
давления. •
Как по внешнему виду отличить в бане трубу с холодной водой от трубы с
горячей водой?
Вопросы «Ивановым».
Масса 1 моля вещества называется… • Тело сохраняет свой
объём,
но легко меняет форму. В каком состоянии находится вещество, из
которого состоит тело? • Давление газа пропорционально… •
Состояние теплового равновесия характеризуется… • Процесс
изменения состояния термодинамической системы при постоянной
температуре… • Формула для количества вещества: … •
Формула
для связи кинетической энергии с температурой тела: … • Уравнение
изотермического процесса: … • Формула для работы газа: … •
Уравнение изохорного процесса: … • Формула для коэффициента полезного
действия тепловой машины: … • Уравнение состояния изобарического
процесса: … • Формула для количества теплоты, необходимого для
плавления некоторой массы вещества: … • Единица температуры: … •
Единица количества вещества: … • Единица молярной массы: … •
Единица относительной влажности: … • На расстояниях, в несколько раз
превышающих размеры молекул, преобладают силы… • Газ, взаимодействием
между молекулами которого можно пренебречь, называют…
Музыкальная
пауза. Объявление результатов
«Тёмная лошадка»
Учитель (вызывает
помощника из зала, который будет раскрывать карточки с вопросами).
Его вы все знаете. Каждый день он поругивает вас за опоздания на уроки,
руководит всем учебным процессом в школе, он же ещё и хорошо поёт. (Это – завуч школы.)
Попросим его к столу.
•
Если в жаркий день приложить к щеке лист растения, то можно
почувствовать прохладу. Почему? • Почему в холод многие животные
свёртываются в клубок, а в жару, наоборот, стремятся распластаться как
можно сильнее? • Дорого слово лишь к месту,//Там, где есть надобность в
слове.//Держится прочно краска//Только на чистой основе. Почему? •
Прошёл человек по сырому песку,//Водой пропитался оставленный след,//За
ним и другой… Объясни, почему? • Алюминий… Дырка в баке,//Хоть сто
тысяч лет паяй,//Оловянная заплата//Не пристанет – так и знай.
Догадайся, почему?//Объясни – и я пойму. (Ответ. Алюминий на воздухе
легко окисляется.) • Зимним днём расселись гости//Всюду в комнате
моей.//Окна быстро запотели.//Почему? Cкажи скорей. • Один поэт так
написал о капле: «Она жила и по стеклу текла, но вдруг её морозом
оковало, и неподвижной льдинкой капля стала, а в мире поубавилось
тепла». Какая физическая ошибка здесь допущена?
Подведение итогов.
Награждение
Учитель.
Конфеты – обеим командам. В древности богам приписывалась власть над
теми или иными природными явлениями, но следует ли обвинять в кознях
домового, если дымит печка? Может, всё дело в том, что дымоход давно не
чистили, а печь пора отремонтировать? Знание физики всегда пригодится
нам в жизни. Спасибо за участие в игре!
Источник