Bagaimana air mendidih. Peringkat air mendidih

Mendidih ialah proses mengubah keadaan agregat sesuatu bahan. Apabila kita bercakap tentang air, kita maksudkan perubahan daripada cecair kepada wap. Adalah penting untuk diperhatikan bahawa mendidih bukan penyejatan, yang boleh berlaku walaupun pada suhu bilik. Juga, jangan keliru dengan mendidih, iaitu proses memanaskan air ke suhu tertentu. Sekarang kita telah memahami konsepnya, kita boleh menentukan pada suhu berapa air mendidih.

Proses

Proses mengubah keadaan pengagregatan daripada cecair kepada gas adalah kompleks. Dan walaupun orang tidak melihatnya, terdapat 4 peringkat:

1. Pada peringkat pertama, gelembung kecil terbentuk di bahagian bawah bekas yang dipanaskan. Mereka juga boleh dilihat di sisi atau di permukaan air. Mereka terbentuk kerana pengembangan gelembung udara, yang sentiasa ada di celah-celah tangki, di mana air dipanaskan.
2. Pada peringkat kedua, isipadu gelembung meningkat. Kesemuanya mula bergegas ke permukaan, kerana terdapat wap tepu di dalamnya, yang lebih ringan daripada air. Dengan peningkatan suhu pemanasan, tekanan gelembung meningkat, dan ia ditolak ke permukaan kerana daya Archimedes yang terkenal. Dalam kes ini, anda boleh mendengar bunyi ciri mendidih, yang terbentuk kerana pengembangan berterusan dan pengurangan saiz buih.
3. Pada peringkat ketiga, sejumlah besar buih boleh dilihat di permukaan. Ini pada mulanya mewujudkan kekeruhan di dalam air. Proses ini popular dipanggil "mendidih dengan kunci putih", dan ia berlangsung dalam tempoh yang singkat.
4. Pada peringkat keempat, air mendidih secara intensif, gelembung pecah besar muncul di permukaan, dan percikan mungkin muncul. Selalunya, percikan bermakna cecair telah mencapai suhu maksimumnya. Stim akan mula keluar dari air.

Adalah diketahui bahawa air mendidih pada suhu 100 darjah, yang mungkin hanya pada peringkat keempat.

Suhu wap

Stim adalah salah satu daripada keadaan air. Apabila ia memasuki udara, maka, seperti gas lain, ia memberikan tekanan tertentu ke atasnya. Semasa pengewapan, suhu wap dan air kekal malar sehingga keseluruhan cecair berubah keadaan pengagregatannya. Fenomena ini boleh dijelaskan oleh fakta bahawa semasa mendidih semua tenaga dibelanjakan untuk menukar air menjadi wap.

Pada permulaan mendidih, wap tepu lembap terbentuk, yang, selepas penyejatan semua cecair, menjadi kering. Jika suhunya mula melebihi suhu air, maka wap tersebut dipanaskan lampau, dan dari segi ciri-cirinya ia akan lebih dekat dengan gas.

Air garam mendidih

Ia cukup menarik untuk mengetahui pada suhu berapa air dengan kandungan garam yang tinggi mendidih. Adalah diketahui bahawa ia sepatutnya lebih tinggi kerana kandungan ion Na+ dan Cl- dalam komposisi, yang menduduki kawasan antara molekul air. Komposisi kimia air dengan garam ini berbeza daripada cecair segar biasa.

Hakikatnya ialah dalam air masin tindak balas penghidratan berlaku - proses melekatkan molekul air kepada ion garam. Ikatan antara molekul air tawar adalah lebih lemah daripada yang terbentuk semasa penghidratan, jadi cecair mendidih dengan garam terlarut akan mengambil masa yang lebih lama. Apabila suhu meningkat, molekul dalam air yang mengandungi garam bergerak lebih cepat, tetapi terdapat lebih sedikit daripada mereka, itulah sebabnya perlanggaran antara mereka berlaku kurang kerap. Akibatnya, kurang stim dihasilkan dan tekanannya lebih rendah daripada kepala wap air tawar. Oleh itu, lebih banyak tenaga (suhu) diperlukan untuk pengewapan penuh. Secara purata, untuk mendidih satu liter air yang mengandungi 60 gram garam, adalah perlu untuk menaikkan takat didih air sebanyak 10% (iaitu, sebanyak 10 C).

Ketergantungan tekanan mendidih

Adalah diketahui bahawa di pergunungan, tanpa mengira komposisi kimia air, takat didih akan lebih rendah. Ini kerana tekanan atmosfera lebih rendah pada ketinggian. Tekanan normal dianggap 101.325 kPa. Dengan itu, takat didih air ialah 100 darjah Celsius. Tetapi jika anda mendaki gunung, di mana tekanan purata 40 kPa, maka air akan mendidih di sana pada 75.88 C. Tetapi ini tidak bermakna memasak di pergunungan akan mengambil hampir separuh masa. Untuk rawatan haba produk, suhu tertentu diperlukan.

Adalah dipercayai bahawa pada ketinggian 500 meter di atas paras laut, air akan mendidih pada 98.3 C, dan pada ketinggian 3000 meter takat didihnya ialah 90 C.

Ambil perhatian bahawa undang-undang ini juga berfungsi dalam arah yang bertentangan. Jika cecair diletakkan dalam kelalang tertutup di mana wap tidak boleh melaluinya, maka apabila suhu meningkat dan wap terbentuk, tekanan dalam kelalang ini akan meningkat, dan mendidih pada tekanan tinggi akan berlaku pada suhu yang lebih tinggi. Contohnya, pada tekanan 490.3 kPa, takat didih air ialah 151 C.

Mendidih air suling

Air suling ialah air yang disucikan tanpa sebarang kekotoran. Ia sering digunakan untuk tujuan perubatan atau teknikal. Memandangkan tiada kekotoran dalam air tersebut, ia tidak digunakan untuk memasak. Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa air suling mendidih lebih cepat daripada air tawar biasa, tetapi takat didih tetap sama - 100 darjah. Walau bagaimanapun, perbezaan dalam masa mendidih akan menjadi minimum - hanya sebahagian kecil daripada saat.

dalam teko

Selalunya orang berminat dengan suhu air mendidih dalam cerek, kerana peranti inilah yang mereka gunakan untuk mendidih cecair. Dengan mengambil kira fakta bahawa tekanan atmosfera di apartmen adalah sama dengan yang standard, dan air yang digunakan tidak mengandungi garam dan kekotoran lain yang tidak sepatutnya ada, maka takat didih juga akan menjadi standard - 100 darjah. Tetapi jika air mengandungi garam, maka takat didih, seperti yang kita sedia maklum, akan lebih tinggi.

Kesimpulan

Sekarang anda tahu pada suhu apa air mendidih, dan bagaimana tekanan atmosfera dan komposisi cecair mempengaruhi proses ini. Tidak ada yang rumit dalam hal ini, dan kanak-kanak menerima maklumat sedemikian di sekolah. Perkara utama yang perlu diingat ialah dengan penurunan tekanan, takat didih cecair juga berkurangan, dan dengan peningkatannya, ia juga meningkat.

Di Internet, anda boleh menemui banyak jadual berbeza yang menunjukkan pergantungan takat didih cecair pada tekanan atmosfera. Ia tersedia untuk semua orang dan digunakan secara aktif oleh pelajar sekolah, pelajar dan juga guru di institut.

Air yang dipanaskan hingga 100°C (212°F) pada paras laut mula mendidih. Ini bermakna gelembung wap air terbentuk di dalam isipadu cecair dan naik ke permukaan. Air mendidih kerana, pada suhu tertentu, tekanan tepu wap air adalah lebih tinggi sedikit daripada tekanan atmosfera.

Pada ketinggian yang lebih tinggi di atas paras laut, tekanan atmosfera berkurangan dengan ketara dan air mendidih pada suhu yang lebih rendah. Sebaliknya, jika tekanan ke atas cecair meningkat, seperti apabila air berada di bawah paras laut atau dalam periuk tekanan, pendidihan berlaku pada suhu yang lebih tinggi. Ilustrasi di bawah teks menunjukkan suhu mendidih pada ketinggian yang berbeza.

Faktor Haba dan Ketinggian

Graf berhampiran di sebelah kanan menunjukkan hubungan antara tekanan wap tepu dan suhu. Pada suhu tinggi, tekanan wap tepu meningkat dengan cepat. Air mendidih apabila tekanan wap tepu sedikit di atas tekanan atmosfera. Itulah sebabnya apabila tekanan atmosfera berkurangan, takat didih juga berkurangan. Graf di hujung kanan menunjukkan pergantungan takat didih air pada ketinggian. Semakin tinggi ketinggian, semakin rendah suhu di mana air mula mendidih.

Tenaga kinetik

Dalam proses peralihan air ke dalam keadaan gas, peranan penting dimainkan oleh tenaga kinetik (tenaga gerakan) molekul. Apabila tahap tenaga tinggi, banyak molekul tersejat, memecahkan ikatan yang mengekalkannya dalam keadaan cair. Pada tekanan rendah (rajah atas di bawah teks), molekul memperoleh tenaga yang mencukupi untuk membentuk gelembung gas yang mendidih tanpa menambah banyak haba. Lebih dekat dengan paras laut, lebih banyak haba diperlukan (anak panah merah pada rajah bawah di bawah teks) untuk penyejatan berlaku.

Mengurangkan masa memasak

Dalam periuk tekanan, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di sebelah kanan, tekanan berlebihan berterusan dicipta. Di aras laut, periuk bertutup ini meningkatkan takat didih air kepada 121°C (250°F). Takat didih yang lebih tinggi bermakna makanan akan masak lebih cepat, menjimatkan masa.

Bahagian membujur di bahagian atas menunjukkan mekanisme periuk tekanan yang menghalang pembentukan tekanan yang berlebihan. Kesemuanya—injap pelega (gambar kiri), pengatur tekanan (gambar tengah), dan pengedap rim (gambar kanan)—membantu mengawal tekanan dengan mengeluarkan wap ke atmosfera.

Jika cecair dipanaskan, ia akan mendidih pada suhu tertentu. Apabila mendidih, gelembung terbentuk dalam cecair, yang naik ke atas dan pecah. Gelembung mengandungi udara yang mengandungi wap air. Apabila gelembung pecah, wap keluar, dan dengan itu cecair menyejat dengan cepat.

Pelbagai bahan yang berada dalam keadaan cecair mendidih pada suhu ciri mereka sendiri. Selain itu, suhu ini bergantung bukan sahaja pada sifat bahan, tetapi juga pada tekanan atmosfera. Jadi air pada tekanan atmosfera biasa mendidih pada 100 ° C, dan di pergunungan, di mana tekanan lebih rendah, air mendidih pada suhu yang lebih rendah.

Apabila cecair mendidih, bekalan tenaga (haba) selanjutnya tidak meningkatkan suhunya, tetapi hanya mengekalkan mendidih. Iaitu, tenaga dibelanjakan untuk mengekalkan proses mendidih, dan bukan untuk menaikkan suhu bahan. Oleh itu, dalam fizik, konsep sedemikian diperkenalkan sebagai haba tentu pengewapan(L). Ia sama dengan jumlah haba yang diperlukan untuk mendidih sepenuhnya 1 kg cecair.

Adalah jelas bahawa bahan yang berbeza mempunyai haba tentu pengewapan mereka sendiri. Jadi untuk air ia bersamaan dengan 2.3 10 6 J/kg. Untuk eter, yang mendidih pada 35 °C, L = 0.4 10 6 J/kg. Merkuri yang mendidih pada 357 °C mempunyai L = 0.3 10 6 J/kg.

Apakah proses mendidih? Apabila air menjadi panas, tetapi belum mencapai takat didihnya, buih-buih kecil mula terbentuk di dalamnya. Ia biasanya terbentuk di bahagian bawah tangki, kerana ia biasanya panas di bawah bahagian bawah, dan di sana suhunya lebih tinggi.

Buih adalah lebih ringan daripada air di sekeliling dan oleh itu mula naik ke lapisan atas. Walau bagaimanapun, di sini suhu adalah lebih rendah daripada di bahagian bawah. Oleh itu, wap mengembun, buih menjadi lebih kecil dan lebih berat, dan sekali lagi jatuh. Ini berlaku sehingga semua air dipanaskan hingga takat didih. Pada masa ini, kedengaran bunyi yang mendahului mendidih.

Apabila takat didih dicapai, buih tidak lagi tenggelam, tetapi terapung ke permukaan dan pecah. Stim keluar daripada mereka. Pada masa ini bukan lagi bunyi bising yang kedengaran, tetapi gemersik cecair itu menandakan ia telah mendidih.

Oleh itu, semasa mendidih, serta semasa penyejatan, terdapat peralihan cecair ke dalam wap. Walau bagaimanapun, tidak seperti penyejatan, yang berlaku hanya pada permukaan cecair, pendidihan disertai dengan pembentukan gelembung yang mengandungi wap di seluruh isipadu. Juga, tidak seperti penyejatan, yang berlaku pada sebarang suhu, mendidih hanya boleh dilakukan pada ciri suhu tertentu cecair tertentu.

Mengapakah semakin tinggi tekanan atmosfera, semakin tinggi takat didih cecair? Udara menekan air, dan oleh itu tekanan dicipta di dalam air. Apabila gelembung terbentuk, wap juga menekan ke dalamnya, dan lebih kuat daripada tekanan luaran. Lebih besar tekanan dari luar pada gelembung, lebih kuat tekanan dalaman mesti berada di dalamnya. Oleh itu, mereka terbentuk pada suhu yang lebih tinggi. Ini bermakna air mendidih pada suhu yang lebih tinggi.

Mendidih- Ini ialah peralihan sengit cecair kepada wap, yang berlaku dengan pembentukan gelembung wap di seluruh isipadu cecair pada suhu tertentu.

Semasa mendidih, suhu cecair dan wap di atasnya tidak berubah. Ia kekal tidak berubah sehingga semua cecair mendidih. Ini kerana semua tenaga yang dibekalkan kepada cecair dibelanjakan untuk mengubahnya menjadi wap.

Suhu di mana cecair mendidih dipanggil takat didih.

Takat didih bergantung kepada tekanan yang dikenakan pada permukaan bebas cecair. Ini disebabkan oleh pergantungan tekanan wap tepu pada suhu. Gelembung wap tumbuh selagi tekanan wap tepu di dalamnya sedikit melebihi tekanan dalam cecair, iaitu jumlah tekanan luar dan tekanan hidrostatik lajur cecair.

Semakin besar tekanan luaran, semakin banyak suhu mendidih.

Semua orang tahu bahawa air mendidih pada 100 ºC. Tetapi kita tidak boleh lupa bahawa ini benar hanya pada tekanan atmosfera biasa (kira-kira 101 kPa). Dengan peningkatan tekanan, takat didih air meningkat. Jadi, sebagai contoh, dalam periuk tekanan, makanan dimasak di bawah tekanan kira-kira 200 kPa. Takat didih air mencapai 120°C. Dalam air suhu ini, proses memasak adalah lebih cepat daripada air mendidih biasa. Ini menerangkan nama "periuk tekanan".

Sebaliknya, dengan mengurangkan tekanan luaran, kita dengan itu menurunkan takat didih. Sebagai contoh, di kawasan pergunungan (pada ketinggian 3 km, dengan tekanan 70 kPa), air mendidih pada suhu 90 ° C. Oleh itu, penduduk kawasan ini, menggunakan air mendidih sedemikian, memerlukan lebih banyak masa untuk memasak daripada penduduk dataran. Dan untuk memasak dalam air mendidih ini, sebagai contoh, telur ayam biasanya mustahil, kerana pada suhu di bawah 100 ° C protein tidak menggumpal.

Setiap cecair mempunyai takat didih sendiri, yang bergantung kepada tekanan wap tepu. Semakin tinggi tekanan wap tepu, semakin rendah takat didih cecair yang sepadan, kerana pada suhu yang lebih rendah tekanan wap tepu menjadi sama dengan tekanan atmosfera. Sebagai contoh, pada takat didih 100 ° C, tekanan wap tepu air ialah 101,325 Pa (760 mm Hg), dan tekanan wap hanya 117 Pa (0.88 mm Hg). Merkuri mendidih pada 357°C pada tekanan normal.

Haba pengewapan.

Haba pengewapan (haba pengewapan)- jumlah haba yang mesti dilaporkan kepada bahan (pada tekanan malar dan suhu malar) untuk perubahan lengkap bahan cecair kepada wap.

Jumlah haba yang diperlukan untuk pengewapan (atau dibebaskan semasa pemeluwapan). Untuk mengira jumlah haba Q, diperlukan untuk perubahan menjadi wap cecair daripada sebarang jisim, diambil pada takat didih, anda memerlukan haba tentu pengewapan r pisau minda kepada jisim m:

Apabila wap mengewap, jumlah haba yang sama dibebaskan.

Ramai suri rumah, cuba mempercepatkan proses memasak, garam air sejurus selepas mereka meletakkan kuali di atas dapur. Mereka yakin bahawa mereka melakukan perkara yang betul, dan bersedia untuk membawa banyak hujah dalam pembelaan mereka. Adakah ini benar dan air manakah yang lebih cepat mendidih - masin atau segar? Untuk melakukan ini, sama sekali tidak perlu untuk menyediakan eksperimen di makmal, sudah cukup untuk menghilangkan mitos yang telah memerintah di dapur kami selama beberapa dekad, menggunakan undang-undang fizik dan kimia.

Mitos umum tentang air mendidih

Dalam masalah air mendidih, orang secara bersyarat boleh dibahagikan kepada dua kategori. Yang pertama yakin bahawa air masin mendidih lebih cepat, manakala yang kedua benar-benar tidak bersetuju dengan kenyataan ini. Memihak kepada fakta bahawa ia mengambil sedikit masa untuk mendidihkan air garam, hujah-hujah berikut diberikan:

• ketumpatan air di mana garam dibubarkan jauh lebih tinggi, jadi pemindahan haba dari pembakar lebih besar;
• semasa pembubaran dalam air, kekisi kristal garam meja dimusnahkan, yang disertai dengan pembebasan tenaga. Iaitu, jika garam ditambah ke dalam air sejuk, cecair akan menjadi lebih panas secara automatik.

Mereka yang menyangkal hipotesis bahawa air masin mendidih lebih cepat berhujah dengan cara ini: semasa pelarutan garam dalam air, proses penghidratan berlaku.

Pada peringkat molekul, ikatan yang lebih kuat terbentuk yang memerlukan lebih banyak tenaga untuk dipecahkan. Oleh itu, ia mengambil masa lebih lama untuk air garam mendidih.

Siapa yang betul dalam pertikaian ini, dan adakah sangat penting untuk mengasinkan air pada awal memasak?

Proses mendidih: fizik "di jari"

Untuk memahami apa sebenarnya yang berlaku kepada garam dan air tawar apabila dipanaskan, anda perlu memahami apa itu proses mendidih. Tidak kira sama ada air itu masin atau tidak, ia mendidih dengan cara yang sama dan melalui empat peringkat:

• pembentukan gelembung kecil di permukaan;
• peningkatan dalam jumlah gelembung dan pengendapannya di bahagian bawah bekas;
• air keruh disebabkan oleh pergerakan sengit gelembung udara ke atas dan ke bawah;
• proses mendidih itu sendiri, apabila gelembung besar naik ke permukaan air dan pecah dengan bunyi bising, melepaskan wap - udara yang berada di dalam dan menjadi panas.

Teori pemindahan haba, yang mana penyokong air masin pada permulaan rayuan memasak, "berfungsi" dalam kes ini, tetapi kesan pemanasan air disebabkan oleh ketumpatan dan pelepasan haba semasa pemusnahan kekisi kristal adalah tidak penting.

Lebih penting ialah proses penghidratan, di mana ikatan molekul yang stabil terbentuk.

Semakin kuat mereka, semakin sukar untuk gelembung udara naik ke permukaan dan tenggelam ke bahagian bawah bekas, ia memerlukan lebih banyak masa. Akibatnya, jika garam ditambah ke dalam air, maka peredaran gelembung udara menjadi perlahan. Oleh itu, air masin mendidih lebih perlahan, kerana ikatan molekul menahan gelembung udara dalam air garam lebih lama sedikit daripada air tawar.

Ke garam atau tidak ke garam? Itu soalannya

Pertikaian dapur tentang air mendidih lebih cepat, masin atau tidak masin, boleh menjadi tidak berkesudahan. Hasilnya, dari sudut aplikasi praktikal, tidak banyak perbezaan sama ada anda mengasinkan air pada awal atau selepas ia mendidih. Mengapa ia tidak begitu penting? Untuk memahami keadaan, anda perlu beralih kepada fizik, yang memberikan jawapan komprehensif kepada soalan yang kelihatan sukar ini.

Semua orang tahu bahawa pada tekanan atmosfera standard 760 mm Hg, air mendidih pada 100 darjah Celsius. Parameter suhu boleh berubah tertakluk kepada perubahan ketumpatan udara - semua orang tahu bahawa air mendidih pada suhu yang lebih rendah di pergunungan. Oleh itu, apabila ia datang kepada aspek domestik, dalam kes ini, penunjuk seperti keamatan pembakaran pembakar gas atau tahap pemanasan permukaan dapur elektrik adalah lebih penting.

Di sinilah proses pemindahan haba bergantung, iaitu, kadar pemanasan air itu sendiri. Dan, dengan itu, masa yang dihabiskan untuk mendidih.

Sebagai contoh, pada api terbuka, jika anda memutuskan untuk memasak makan malam di atas api, air dalam periuk akan mendidih dalam beberapa minit kerana fakta bahawa apabila kayu api membakar lebih banyak haba daripada gas di dalam dapur, dan pemanasan permukaan kawasan jauh lebih besar. Oleh itu, sama sekali tidak perlu menambah garam ke dalam air supaya ia mendidih lebih cepat - hanya hidupkan pembakar dapur secara maksimum.

Takat didih air masin adalah sama seperti air tawar dan air suling. Iaitu, ia adalah 100 darjah pada tekanan atmosfera biasa. Tetapi kadar didih dalam keadaan yang sama (contohnya, jika pembakar dapur gas biasa diambil sebagai asas) akan berbeza. Air garam mengambil masa lebih lama untuk mendidih kerana lebih sukar untuk gelembung udara memecahkan ikatan molekul yang lebih kuat.

Dengan cara ini, terdapat perbezaan dalam masa mendidih antara paip dan air suling - dalam kes kedua, cecair tanpa kekotoran dan, dengan itu, tanpa ikatan molekul "berat", akan menjadi lebih cepat panas.

Benar, perbezaan masa hanya beberapa saat, yang tidak menjadikan cuaca di dapur dan boleh dikatakan tidak menjejaskan kelajuan memasak. Oleh itu, seseorang harus dibimbing bukan oleh keinginan untuk menjimatkan masa, tetapi oleh undang-undang memasak, yang menetapkan pengasinan setiap hidangan pada masa tertentu untuk memelihara dan meningkatkan rasa.