Кипение

Кипение — это один из способов парообразования. Все много раз видели, как кипит вода. Сегодня мы поэтапно рассмотрим, что именно происходит в процессе нагревания и кипения. Кипению предшествует появление мелких пузырьков, которые увеличиваются в размерах по мере нагревания воды.

Это пузырьки воздуха, содержащегося в воде. Поднимающиеся пузырьки, попадая в верхние более холодные слои воды, уменьшаются в размерах и опускаются на дно. Мы уже рассмотрели циркуляцию жидкостей при нагревании, когда изучали конвекцию. В итоге, вся вода нагревается и пузырьки уже не уменьшаются в размерах, а лопаются, выпуская насыщенный пар.

Сам пар не виден, но мы видим мини-туман, образовавшийся из-за конденсации насыщенного пара при взаимодействии со значительно более холодным воздухом. Именно в этот момент мы и говорим, что вода закипела.

Не трудно догадаться, что температура кипения у различных жидкостей разная, так же, как и температура плавления у разных металлов. Процесс кипения жидкости происходит при постоянной температуре — температуре кипения.

В таблице указаны температуры кипения для некоторых веществ. Например, водород закипает уже при температуре –253 ^оС. Это говорит о том, что водород почти всегда находится в газообразном состоянии, поскольку его температура кипения всего на 20 ^оС выше самой низкой температуры в природе.

Подобно графикам плавления, мы можем строить графики кипения или извлекать информацию из уже построенных графиков.

Например, на координатной плоскости, показано три графика, описывающих зависимость температуры от времени. Пользуясь таблицей, скажите: какие из перечисленных графиков вы видите? График кипения воды; ртути; кислорода; эфира?

Итак, во-первых, фиолетовый график имеет участок постоянной температуры на отметке 100 ^оС. Поскольку, вода закипает при 100 ^оС, то это график кипения воды. Также, можно определить, что мы видим график кипения эфира, поскольку его температура кипения составляет 35 ^оС. Очевидно, что графика для кислорода здесь нет, т.к. кислород закипает при температуре –183 ^оС, а на нашем графике самая низкая температура — 0 ^оС. Красный график не имеет горизонтальных участков. Следовательно, его температура кипения превышает 400 ^оС. Поскольку температура кипения ртути — 357 ^оС, мы можем сделать вывод, что среди предоставленных нам графиков, нет графика кипения ртути.

Как вы, наверное, уже догадались, графики кипения строить достаточно просто. Для примера, построим график кипения спирта, который нагрелся от 35 ^оС до 55 ^оС за 20 мин, а от 55 ^оС до 78 ^оС — за 15 мин. Известно, что спирт кипел 5 мин.

Поскольку нам начинают описывать процесс с того момента, когда температура спирта была 35 ^оС, то это и есть температура при которой начали вести наблюдение. Вторая точка будет иметь координаты 55 ^оС и 20 мин, т.к. нам сказано, что за 20 мин температура поднялась до 55 ^оС. Соединим эти точки. Далее, температура поднялась до 78 ^оС за 15 мин, поэтому третья точка имеет координаты 78 ^оС и 35 мин. Соединим эту точку с предыдущей. Наконец, нам дано, что спирт кипел 5 мин. Как мы уже знаем, процесс кипения происходит при постоянной температуре, поэтому последний участок графика должен быть горизонтальным. Значит, координаты четвертой точки 78 ^оС и 40 мин.

Заметим, что второй участок графика круче, т.е. имеет больший уклон. Это свидетельствует о том, что в этот промежуток времени, спирт нагревался быстрее. Действительно, если мы посчитаем, что убедимся, что на первом участке скорость нагревания составляла 1 ^оС/мин, а на втором — примерно 1,5 ^оС/мин.