Ako voda vrie. Stupne varu vody

Var je proces zmeny agregovaného stavu látky. Keď hovoríme o vode, máme na mysli zmenu z kvapaliny na paru. Je dôležité si uvedomiť, že var nie je vyparovanie, ku ktorému môže dôjsť aj pri izbovej teplote. Nezamieňajte si tiež s varom, čo je proces ohrevu vody na určitú teplotu. Teraz, keď sme pochopili pojmy, môžeme určiť, pri akej teplote voda vrie.

Proces

Samotný proces premeny stavu agregácie z kvapalného na plynný je zložitý. A hoci to ľudia nevidia, existujú 4 fázy:

1. V prvej fáze sa na dne zohriatej nádoby tvoria malé bublinky. Vidno ich aj na bokoch alebo na hladine vody. Vznikajú v dôsledku expanzie vzduchových bublín, ktoré sú vždy prítomné v štrbinách nádoby, kde sa ohrieva voda.
2. V druhej fáze sa objem bublín zväčšuje. Všetky sa začnú ponáhľať na povrch, pretože v nich je nasýtená para, ktorá je ľahšia ako voda. So zvyšovaním teploty ohrevu sa zvyšuje tlak bublín, ktoré sú vytláčané na povrch vďaka známej Archimedovskej sile. V tomto prípade môžete počuť charakteristický zvuk varu, ktorý sa vytvára v dôsledku neustáleho rozširovania a zmenšovania veľkosti bublín.
3. V tretej fáze je na povrchu vidieť veľké množstvo bublín. To spočiatku vytvára zákal vo vode. Tento proces sa ľudovo nazýva „varenie s bielym kľúčom“ a trvá krátko.
4. Vo štvrtej fáze voda intenzívne vrie, na povrchu sa objavia veľké praskajúce bubliny a môžu sa objaviť striekance. Špliechanie najčastejšie znamená, že kvapalina dosiahla maximálnu teplotu. Z vody začne vychádzať para.

Je známe, že voda vrie pri teplote 100 stupňov, čo je možné až vo štvrtej fáze.

Teplota pary

Para je jedným zo stavov vody. Keď sa dostane do vzduchu, potom, podobne ako iné plyny, naň vyvíja určitý tlak. Počas odparovania zostáva teplota pary a vody konštantná, kým celá kvapalina nezmení svoj stav agregácie. Tento jav možno vysvetliť skutočnosťou, že počas varu sa všetka energia vynakladá na premenu vody na paru.

Na samom začiatku varu sa vytvára vlhká nasýtená para, ktorá po odparení všetkej kvapaliny vyschne. Ak jej teplota začne presahovať teplotu vody, potom je takáto para prehriata a z hľadiska jej charakteristík bude bližšie k plynu.

Vriaca slaná voda

Je dosť zaujímavé vedieť, pri akej teplote vrie voda s vysokým obsahom soli. Je známe, že by mala byť vyššia kvôli obsahu iónov Na+ a Cl- v kompozícii, ktoré zaberajú plochu medzi molekulami vody. Toto chemické zloženie vody so soľou sa líši od bežnej čerstvej kvapaliny.

Faktom je, že v slanej vode prebieha hydratačná reakcia - proces naviazania molekúl vody na ióny soli. Väzba medzi molekulami sladkej vody je slabšia ako tie, ktoré vznikajú pri hydratácii, takže varenie tekutiny s rozpustenou soľou bude trvať dlhšie. So stúpajúcou teplotou sa molekuly vo vode obsahujúcej soľ pohybujú rýchlejšie, ale je ich menej, a preto dochádza k zrážkam medzi nimi menej často. Výsledkom je, že sa vyrába menej pary a jej tlak je preto nižší ako tlak pary sladkej vody. Preto je na úplné odparenie potrebné viac energie (teploty). Na uvarenie jedného litra vody s obsahom 60 gramov soli je v priemere potrebné zvýšiť bod varu vody o 10 % (teda o 10 C).

Závislosti tlaku varu

Je známe, že v horách, bez ohľadu na chemické zloženie vody, bude bod varu nižší. Je to spôsobené tým, že atmosférický tlak je vo výške nižší. Normálny tlak sa považuje za 101,325 kPa. Pri ňom je bod varu vody 100 stupňov Celzia. Ale ak vyleziete na horu, kde je tlak v priemere 40 kPa, tak tam voda vrie pri 75,88 C. To ale neznamená, že varenie v horách zaberie takmer polovicu času. Na tepelné spracovanie výrobkov je potrebná určitá teplota.

Predpokladá sa, že v nadmorskej výške 500 metrov nad morom bude voda vrieť pri 98,3 ° C a vo výške 3 000 metrov bude bod varu 90 ° C.

Všimnite si, že tento zákon funguje aj v opačnom smere. Ak sa kvapalina vloží do uzavretej banky, cez ktorú nemôže prechádzať para, potom so stúpajúcou teplotou a tvorbou pary sa tlak v tejto banke zvýši a pri vyššej teplote dôjde k varu pri zvýšenom tlaku. Napríklad pri tlaku 490,3 kPa bude bod varu vody 151 C.

Vriaca destilovaná voda

Destilovaná voda je čistená voda bez akýchkoľvek nečistôt. Často sa používa na lekárske alebo technické účely. Vzhľadom na to, že v takejto vode nie sú žiadne nečistoty, nepoužíva sa na varenie. Je zaujímavé, že destilovaná voda vrie rýchlejšie ako obyčajná sladká voda, ale bod varu zostáva rovnaký - 100 stupňov. Rozdiel v čase varu však bude minimálny – iba zlomok sekundy.

v kanvici

Ľudia sa často zaujímajú o to, pri akej teplote voda vrie v kanvici, pretože práve tieto zariadenia používajú na varenie tekutín. Ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že atmosférický tlak v byte je rovnaký ako štandardný a použitá voda neobsahuje soli a iné nečistoty, ktoré by tam nemali byť, potom bude bod varu tiež štandardný - 100 stupňov. Ale ak voda obsahuje soľ, potom bude bod varu, ako už vieme, vyšší.

Záver

Teraz viete, pri akej teplote voda vrie a ako atmosférický tlak a zloženie kvapaliny ovplyvňujú tento proces. Nie je v tom nič ťažké a podobné informácie dostávajú deti aj v škole. Hlavná vec na zapamätanie je, že s poklesom tlaku klesá aj bod varu kvapaliny a s jeho nárastom sa tiež zvyšuje.

Na internete nájdete množstvo rôznych tabuliek, ktoré uvádzajú závislosť teploty varu kvapaliny od atmosférického tlaku. Sú dostupné pre každého a aktívne ich využívajú školáci, študenti a dokonca aj učitelia v ústavoch.

Voda zohriata na 100 °C (212 °F) na úrovni mora začne vrieť. To znamená, že bubliny vodnej pary sa tvoria vo vnútri objemu kvapaliny a stúpajú na povrch. Voda vrie, pretože pri danej teplote je tlak nasýtenia vodnej pary o niečo vyšší ako atmosférický tlak.

Vo vyšších nadmorských výškach atmosférický tlak výrazne klesá a voda vrie pri nižších teplotách. Naopak, ak sa tlak nad kvapalinou zvýši, napríklad keď je voda pod hladinou mora alebo v tlakovom hrnci, dôjde k varu pri vyššej teplote. Obrázok pod textom zobrazuje teploty varu v rôznych nadmorských výškach.

Faktor tepla a nadmorskej výšky

Blízky graf vpravo ukazuje vzťah medzi tlakom nasýtených pár a teplotou. Pri vysokých teplotách rýchlo stúpa tlak nasýtených pár. Voda vrie, keď je tlak nasýtených pár mierne vyšší ako atmosférický tlak. Preto pri poklese atmosférického tlaku klesá aj bod varu. Graf úplne vpravo ukazuje závislosť bodu varu vody od nadmorskej výšky. Čím vyššia je nadmorská výška, tým nižšia je teplota, pri ktorej voda začína vrieť.

Kinetická energia

V procese prechodu vody do plynného skupenstva zohráva dôležitú úlohu kinetická energia (energia pohybu) molekúl. Keď je hladina energie vysoká, mnoho molekúl sa vyparí, čím sa prerušia väzby, ktoré ich udržujú v tekutom stave. Pri nízkom tlaku (horný obrázok pod textom) molekuly získajú dostatok energie na vytvorenie vriacich bublín plynu bez pridania veľkého množstva tepla. Bližšie k hladine mora je na odparovanie potrebné viac tepla (červená šípka na spodnom obrázku pod textom).

Skrátenie času varenia

V tlakových hrncoch, ako je ten, ktorý je znázornený na obrázku vpravo, vzniká konštantný pretlak. Na hladine mora tieto uzavreté hrnce zvyšujú bod varu vody na 121 °C (250 °F). Vyšší bod varu znamená, že jedlo sa uvarí rýchlejšie, čo šetrí čas.

Pozdĺžne rezy v hornej časti zobrazujú mechanizmy tlakového hrnca, ktoré zabraňujú nadmernému vytváraniu tlaku. Všetky z nich – poistný ventil (ľavý obrázok), regulátor tlaku (obrázok v strede) a tesnenie ráfika (obrázok vpravo) – pomáhajú kontrolovať tlak odvádzaním pary do atmosféry.

Ak sa kvapalina zahreje, bude vrieť pri určitej teplote. Pri vare sa v tekutine tvoria bublinky, ktoré stúpajú nahor a praskajú. Bubliny obsahujú vzduch obsahujúci vodnú paru. Keď bubliny prasknú, para unikne, a tým sa kvapalina rýchlo vyparí.

Rôzne látky, ktoré sú v kvapalnom stave, vria pri svojej vlastnej charakteristickej teplote. Okrem toho táto teplota závisí nielen od povahy látky, ale aj od atmosférického tlaku. Takže voda pri normálnom atmosférickom tlaku vrie pri 100 ° C a v horách, kde je nižší tlak, voda vrie pri nižšej teplote.

Keď kvapalina vrie, ďalší prísun energie (tepla) do nej nezvyšuje jej teplotu, ale iba udržiava var. To znamená, že energia sa vynakladá na udržanie procesu varu a nie na zvýšenie teploty látky. Preto sa vo fyzike zavádza takýto pojem ako špecifické teplo vyparovania(L). Rovná sa množstvu tepla potrebnému na úplné vyvarenie 1 kg tekutiny.

Je zrejmé, že rôzne látky majú svoje vlastné špecifické teplo vyparovania. Takže pre vodu sa rovná 2,3 10 6 J/kg. Pre éter, ktorý vrie pri 35 °C, je L = 0,4 10 6 J/kg. Ortuť vriaca pri 357 °C má L = 0,3 10 6 J/kg.

Aký je proces varu? Keď sa voda zohreje, ale ešte nedosiahla bod varu, začnú sa v nej vytvárať malé bublinky. Väčšinou sa tvoria na dne nádrže, keďže pod dnom sa väčšinou zahrievajú a tam je teplota vyššia.

Bubliny sú ľahšie ako okolitá voda a preto začínajú stúpať do horných vrstiev. Tu je však teplota ešte nižšia ako na dne. Preto para kondenzuje, bubliny sú menšie a ťažšie a opäť padajú. To sa deje, kým sa všetka voda nezohreje na bod varu. V tomto čase je počuť zvuk, ktorý predchádza varu.

Po dosiahnutí bodu varu bublinky už neklesajú, ale vyplávajú na povrch a prasknú. Vychádza z nich para. V tomto čase už nie je počuť hluk, ale bublanie tekutiny, čo naznačuje, že sa uvarila.

Počas varu, ako aj pri vyparovaní, teda dochádza k prechodu kvapaliny na paru. Avšak na rozdiel od vyparovania, ktoré sa vyskytuje iba na povrchu kvapaliny, je var sprevádzaný tvorbou bublín obsahujúcich paru v celom objeme. Taktiež, na rozdiel od vyparovania, ku ktorému dochádza pri akejkoľvek teplote, var je možný len pri určitej teplote charakteristickej pre danú kvapalinu.

Prečo čím vyšší je atmosférický tlak, tým vyššia je teplota varu kvapaliny? Vzduch tlačí na vodu, a preto sa vo vode vytvára tlak. Keď sa tvoria bubliny, para sa do nich tiež tlačí, a to silnejšie ako vonkajší tlak. Čím väčší je tlak zvonku na bubliny, tým silnejší musí byť v nich vnútorný tlak. Preto vznikajú pri vyššej teplote. To znamená, že voda vrie pri vyššej teplote.

Vriaci- Ide o intenzívny prechod kvapaliny na paru, ku ktorému dochádza pri tvorbe bublín pary v celom objeme kvapaliny pri určitej teplote.

Počas varu sa teplota kvapaliny a pary nad ňou nemení. Zostáva nezmenené, kým sa všetka tekutina nevyvarí. Je to preto, že všetka energia dodávaná kvapaline sa vynakladá na jej premenu na paru.

Teplota, pri ktorej kvapalina vrie, sa nazýva bod varu.

Teplota varu závisí od tlaku vyvíjaného na voľný povrch kvapaliny. Je to spôsobené závislosťou tlaku nasýtených pár od teploty. Bublina pary rastie, pokiaľ tlak nasýtenej pary v nej mierne prevyšuje tlak v kvapaline, ktorý je súčtom vonkajšieho tlaku a hydrostatického tlaku v stĺpci kvapaliny.

Čím väčší vonkajší tlak, tým viac teplotu varu.

Každý vie, že voda vrie pri 100 ºC. Nemali by sme však zabúdať, že to platí len pri normálnom atmosférickom tlaku (asi 101 kPa). So zvyšujúcim sa tlakom sa zvyšuje bod varu vody. Takže napríklad v tlakových hrncoch sa jedlo varí pod tlakom asi 200 kPa. Teplota varu vody dosahuje 120°C. Vo vode tejto teploty je proces varenia oveľa rýchlejší ako v bežnej vriacej vode. To vysvetľuje názov „tlakový hrniec“.

Naopak, znížením vonkajšieho tlaku tým znížime bod varu. Napríklad v horských oblastiach (v nadmorskej výške 3 km, kde je tlak 70 kPa), voda vrie pri teplote 90 ° C. Obyvatelia týchto oblastí, využívajúci takú vriacu vodu, preto potrebujú na varenie oveľa viac času ako obyvatelia rovín. A variť v tejto vriacej vode, napríklad kuracie vajce, je vo všeobecnosti nemožné, pretože pri teplote pod 100 ° C sa proteín nezráža.

Každá kvapalina má svoj vlastný bod varu, ktorý závisí od tlaku nasýtených pár. Čím vyšší je tlak nasýtených pár, tým nižší je bod varu príslušnej kvapaliny, pretože pri nižších teplotách sa tlak nasýtených pár rovná atmosférickému tlaku. Napríklad pri teplote varu 100 °C je tlak nasýtenej vodnej pary 101 325 Pa (760 mm Hg) a tlak pár iba 117 Pa (0,88 mm Hg). Ortuť vrie pri 357 °C pri normálnom tlaku.

Teplo vyparovania.

Výparné teplo (výparné teplo)- množstvo tepla, ktoré je potrebné odovzdať látke (pri konštantnom tlaku a konštantnej teplote) na úplnú premenu kvapalnej látky na paru.

Množstvo tepla potrebného na odparenie (alebo uvoľneného počas kondenzácie). Na výpočet množstva tepla Q, potrebné na premenu kvapaliny akejkoľvek hmotnosti na paru, odobratej pri bode varu, potrebujete špecifické teplo vyparovania r myseľ-nôž do hmoty m:

Pri kondenzácii pary sa uvoľňuje rovnaké množstvo tepla.

Mnohé ženy v domácnosti, ktoré sa snažia urýchliť proces varenia, osolia vodu ihneď po tom, čo položili panvicu na sporák. Pevne veria, že konajú správne, a sú pripravení na svoju obranu priniesť veľa argumentov. Je to naozaj tak a ktorá voda vrie rýchlejšie – slaná alebo čerstvá? Na to nie je vôbec potrebné zariaďovať experimenty v laboratóriu, stačí vyvrátiť mýty, ktoré v našich kuchyniach vládli už desaťročia, pomocou zákonov fyziky a chémie.

Časté mýty o vriacej vode

Vo veci vriacej vody možno ľudí podmienečne rozdeliť do dvoch kategórií. Tí prví sú presvedčení, že slaná voda vrie oveľa rýchlejšie, tí druhí s týmto tvrdením absolútne nesúhlasia. V prospech skutočnosti, že uvedenie slanej vody do varu trvá menej času, sú uvedené tieto argumenty:

• hustota vody, v ktorej je soľ rozpustená, je oveľa vyššia, takže prenos tepla z horáka je väčší;
• pri rozpúšťaní vo vode dochádza k deštrukcii kryštálovej mriežky kuchynskej soli, čo je sprevádzané uvoľňovaním energie. To znamená, že ak do studenej vody pridáte soľ, kvapalina sa automaticky zohreje.

Tí, ktorí vyvracajú hypotézu, že slaná voda vrie rýchlejšie, argumentujú týmto spôsobom: počas rozpúšťania soli vo vode dochádza k procesu hydratácie.

Na molekulárnej úrovni sa vytvárajú silnejšie väzby, ktoré vyžadujú viac energie na prerušenie. Preto trvá dlhšie, kým sa slaná voda uvarí.

Kto má v tomto spore pravdu a je naozaj také dôležité osoliť vodu hneď na začiatku varenia?

Proces varu: fyzika "na prstoch"

Aby ste pochopili, čo sa presne stane so slanou a sladkou vodou pri zahrievaní, musíte pochopiť, čo je proces varu. Bez ohľadu na to, či je voda slaná alebo nie, vrie rovnakým spôsobom a prechádza štyrmi fázami:

• tvorba malých bublín na povrchu;
• zvýšenie objemu bublín a ich usadzovanie na dne nádoby;
• zakalená voda spôsobená intenzívnym pohybom vzduchových bublín hore a dole;
• samotný proces varu, keď veľké bubliny stúpajú na povrch vody a praskajú hlukom, pričom sa uvoľňuje para - vzduch, ktorý je vo vnútri a ohrieva sa.

Teória prenosu tepla, na ktorú sa odvolávajú priaznivci solenia vody na začiatku varenia, v tomto prípade „funguje“, no efekt ohrievania vody v dôsledku jej hustoty a uvoľňovania tepla pri deštrukcii kryštálovej mriežky je zanedbateľný.

Oveľa dôležitejší je proces hydratácie, pri ktorom vznikajú stabilné molekulárne väzby.

Čím sú silnejšie, tým je pre vzduchovú bublinu ťažšie vystúpiť na hladinu a klesnúť na dno nádrže, trvá to dlhšie. Výsledkom je, že ak sa do vody pridá soľ, cirkulácia vzduchových bublín sa spomalí. V súlade s tým slaná voda vrie pomalšie, pretože molekulárne väzby držia vzduchové bubliny v slanej vode o niečo dlhšie ako v sladkej vode.

Soliť či nesoliť? To je otázka

Kuchynské spory o tom, ktorá voda vrie rýchlejšie, či osolená alebo nesolená, môžu byť nekonečné. Z hľadiska praktickej aplikácie teda nie je veľký rozdiel, či ste vodu osolili hneď na začiatku alebo až po prevarení. Prečo na tom vlastne nezáleží? Aby ste pochopili situáciu, musíte sa obrátiť na fyziku, ktorá poskytuje vyčerpávajúce odpovede na túto zdanlivo ťažkú ​​otázku.

Každý vie, že pri štandardnom atmosférickom tlaku 760 mm Hg voda vrie pri 100 stupňoch Celzia. Teplotné parametre sa môžu meniť v závislosti od zmeny hustoty vzduchu - každý vie, že voda vrie v horách pri nižšej teplote. Preto, pokiaľ ide o domáci aspekt, v tomto prípade je oveľa dôležitejší taký ukazovateľ, ako je intenzita horenia plynového horáka alebo stupeň ohrevu povrchu elektrickej kuchyne.

Od toho závisí proces prenosu tepla, to znamená rýchlosť ohrevu samotnej vody. A podľa toho aj čas strávený na ňom variť.

Ak sa napríklad na otvorenom ohni rozhodnete uvariť večeru na ohni, voda v hrnci uvarí v priebehu niekoľkých minút, pretože drevo pri spaľovaní vydáva viac tepla ako plyn v sporáku a plocha povrchového ohrevu je oveľa väčšia. Preto nie je vôbec potrebné do vody pridávať soľ, aby sa rýchlejšie uvarila – stačí zapnúť horák sporáka na maximum.

Bod varu slanej vody je presne rovnaký ako bod varu sladkej vody a destilovanej vody. To znamená, že pri normálnom atmosférickom tlaku je 100 stupňov. Rýchlosť varu za rovnakých podmienok (napríklad ak sa za základ berie obvyklý horák plynového sporáka) sa však bude líšiť. Slaná voda varí dlhšie, pretože vzduchové bubliny ťažšie prerušia silnejšie molekulárne väzby.

Mimochodom, medzi vodovodnou a destilovanou vodou je rozdiel v dobe varu - v druhom prípade sa kvapalina bez nečistôt, a teda bez „ťažkých“ molekulárnych väzieb, zahreje rýchlejšie.

Je pravda, že časový posun je len niekoľko sekúnd, ktoré počasie v kuchyni nerobia a prakticky neovplyvňujú rýchlosť varenia. Preto by sa človek nemal riadiť túžbou ušetriť čas, ale zákonmi varenia, ktoré predpisujú solenie každého jedla v určitom okamihu, aby sa zachovala a zvýraznila jeho chuť.