Температура кипения жидкости есть характеристика только жидкости неизменяемая никаким способом

Физика. 10 класс

§ 9-1. Кипение жидкости

В 8-м классе вы узнали, что у жидкости может быть много значений температуры кипения. Дело в том, что в жидкости всегда имеется растворённый в ней газ, с которым тесно связано кипение ( рис. 60.1 ). Если нагревать на плите сосуд с водой, то у его стенок воздух начнёт выделяться в виде пузырьков. В эти пузырьки испаряется вода, поэтому в них в воздухе находится насыщенный водяной пар. С ростом температуры давление насыщенного пара увеличивается гораздо быстрее, чем давление остального газа. Поэтому можно считать, что давление внутри пузырьков в нагретой жидкости практически равно давлению насыщенного пара. На пузырьки, кроме силы тяжести их содержимого, действуют силы гидростатического давления воды и атмосферного давления воздуха. Однако если сосуд не слишком глубокий, то гидростатическое давление значительно меньше атмосферного и им можно пренебречь.

С ростом температуры объём пузырьков быстро увеличивается, что влечёт за собой увеличение выталкивающей силы. Когда сила Архимеда, действующая на пузырёк, становится больше силы тяжести его содержимого, он начинает всплывать ( рис. 60.2 ). Достигнув поверхности жидкости, пузырьки лопаются, поскольку давление насыщенного пара, которым они заполнены, немного превышает внешнее давление. Пар выходит наружу — жидкость кипит. Таким образом, жидкость начинает кипеть при такой температуре, при которой давление насыщенного пара равно (точнее, чуть больше) внешнему давлению.

Если понижать давление над поверхностью жидкости, она будет кипеть при более низкой температуре. Так, например, при температуре 20 °C давление насыщенного водяного пара 2,338 кПа . Если, используя насос, понизить давление над поверхностью жидкости до этого значения, то вода закипит при комнатной температуре.

Понижение температуры кипения жидкости при уменьшении внешнего давления используют при работе холодильника. При нормальном атмосферном давлении жидкий фреон кипит при температуре около 30 °С . Уменьшая давление, температуру кипения фреона можно сделать ниже 0 °С . При работе компрессора в испарителе холодильника создаётся пониженное давление, и фреон начинает превращаться в пар, отнимая часть внутренней энергии от стенок камеры.

При увеличении внешнего давления температура кипения жидкости возрастает. Так, например, в кастрюлях-скороварках создаётся давление около 200 кПа, а температура кипения воды при этом достигает 120 °С . В таких условиях продолжительность приготовления пищи существенно сокращается.

Если же воду поместить в герметически закрытый сосуд, во всех частях которого температура одинакова, то она не закипит при нагревании до температуры кипения, равной при нормальном атмосферном давлении 100 °С . Действительно, в этом случае над водой находится её насыщенный пар, давление которого равно давлению внутри пузырьков. А, как отмечалось ранее, кипение жидкости начинается тогда, когда давление насыщенного пара внутри пузырьков хотя бы немного превышает внешнее давление.

Отметим, что жидкость не будет кипеть, если каким-либо образом удалить из неё и со стенок равномерно прогретого сосуда воздух. Например, воду, подготовленную таким образом, можно нагреть выше 100 °С , однако она не закипит. Такую жидкость, температура которой выше температуры её кипения в обычных условиях, называют перегретой.

Перегретую жидкость используют в пузырьковых камерах для визуализации треков заряженных частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света.

С перегретой жидкостью необходимо обращаться очень осторожно. Любое возмущение (резкое перемещение сосуда, появление источника газа или какого-либо предмета в жидкости) может привести к её немедленному взрывообразному вскипанию.

1. Чем отличается кипение от испарения?

2. При каком условии происходит кипение жидкости?

3. Почему температура кипящей при определённом внешнем давлении жидкости остаётся постоянной?

4. Может ли вода кипеть при температуре ниже 100 °С ? выше 100 °С ?

Источник

Кипение

Содержание

Для того, чтобы превратить жидкость в пар, существует два способа: испарение и кипение. В прошлых уроках мы подробно разобрали, как происходит процесс испарения. В его ходе образуется пар, который в зависимости от условий может быть насыщенным или ненасыщенным.

Явление кипения мы часто наблюдаем в повседневной жизни. Для того, чтобы приготовить чай или кофе, сначала мы доводим воду до кипения. Чтобы сварить суп, мы ждем, когда закипит вода в кастрюле.

В данном уроке мы рассмотрим, как физика описывает этот процесс, изучим изменения, происходящие при кипении и установим зависимости от других величин.

Процесс кипения

Проведем опыт: будем нагревать воду в открытом стеклянном сосуде и измерять ее температуру.

Отметим, что до того, момента как мы начнем нагревать воду, с поверхности воды идет испарение. Пар при этом не виден глазу, но, тем не менее, существует.

Начнем нагревать воду. Мы заметим, что в воде начинают появляться пузырьки (рисунок 1, а). С повышением температуры они начинают увеличиваться в размерах.

В воде всегда растворено некоторое количество воздуха. При повышении температуры этот воздух выделяется из воды в виде пузырьков. Внутри них – воздух и водяной пар. Водяной пар там присутствует, потому что окружающая вода испаряется внутрь этих пузырьков воздуха.

Когда пузырьки поднимаются в верхние слои жидкости (более холодные), они уменьшаются в размерах. Происходит это из-за конденсации пара внутри пузырьков. Под действием силы тяжести они опускаются вниз в более горячую воду.

И снова начинают подниматься к поверхности. Происходит попеременное увеличение и уменьшение пузырьков, в ходе которых они двигаются в жидкости. При этом мы слышим шум. Он предшествует закипанию воды.

Вода постепенно прогревается по всему объему. Пузырьки перестают уменьшаться в размерах (рисунок 1, б). Под действием архимедовой силы, они всплывают на поверхность и лопаются. Насыщенный пар, содержащийся в них, смешивается с окружающим воздухом. Прекращается шум, остается только бульканье – вода закипела. Температура воды равна $100 \degree C$.

Кипение – это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре.

Температура кипения

Если испарение происходит при любой температуре, то кипение происходит при некоторой определенной температуре. При этом:

• разные жидкости закипают при разной температуре
• кипение от начала до конца происходит при постоянной температуре

Температура кипения – это температура, при которой жидкость кипит.

Во время кипения температура жидкости не меняется.

Вспомните, при приготовлении того же супа после закипания воды огонь уменьшают. Теперь он просто поддерживает эту самую температуру кипения. Это дает экономию топлива.

Температура кипения зависит от давления на поверхность жидкости. Давление насыщенного пара в пузырьках при кипении всегда больше внешнего давления.

Соответственно, если мы увеличим внешнее давление, то температура кипения увеличивается. Если уменьшим – температура кипения тоже снизится.

Давление воздуха зависит от высоты. При ее увеличении над уровнем моря давление воздуха постепенно уменьшается. Значит, уменьшается и температура кипения жидкости. Если при нормальном атмосферном давлении вода закипает при $100 \degree C$, то в горах она закипит при температуре $90 \degree C$.

Получится ли сварить в таких условиях обычное куриное яйцо? Нет. Белок так и не сможет свернуться – это невозможно при температуре ниже $100 \degree C$.

Температура кипения некоторых веществ

В таблице 1 представлены экспериментально полученные значения температуры кипения для различных веществ.

Вещество	$t_<кип>, \degree C$	Вещество	$t_<кип>, \degree C$
Водород	-253	Вода	100
Кислород	-183	Ртуть	357
Эфир	35	Свинец	1740
Спирт	78	Медь	2567
Молоко	100	Железо	2750

Талица 1. Температура кипения некоторых веществ (при нормальном атмосферном давлении)

В обычных условиях кислород является газом. Из таблицы мы видим, что его температура кипения равна $-183 \degree C$. При температуре ниже этой кислород будет жидким.

С другой стороны, вещества, которые мы обычно наблюдаем в твердом состоянии, имеют очень высокую температуру кипения. Например железо плавится и превращается в жидкость при температуре $1539 \degree C$. А чтобы заставить жидкое железо кипеть, необходимо довести его температуры в $2750 \degree C$.

Графики кипения жидкостей

На рисунке 2 показаны графики зависимости температуры $T$ от времени $t$ трех разных жидкостей: воды, спирта и эфира. Масса жидкостей одинакова, мощности нагревателей идентичны.

На рисунке видно, что горизонтальные участки графиков соответствуют процессам кипения. Они параллельны оси времени, температура на них остается постоянной. Чтобы определить, какой график соответствует каждой жидкости, нам нужно обратиться к таблице 1.

Температура кипения первой жидкости равна $35 \degree C$. Значит, график под номером 1 – это график нагревания и кипения эфира.

$70 \degree C$ – температура кипения спирта. Значит, 2 – график нагревания и кипения спирта.

График 3 соответствует воде, ведь ее температура кипения равна $100 \degree C$. Обратите внимание, что жидкости не нагреются выше своей температуры кипения. Например, при $100 \degree C$ вода полностью перейдет в пар. Пар же может иметь более высокую температуру.

Источник

Температура кипения жидкости есть характеристика только жидкости неизменяемая никаким способом

В процессе кипения жидкости, предварительно нагретой до температуры кипения, сообщаемая ей энергия идёт

1)	на увеличение средней скорости движения молекул
2)	на увеличение средней скорости движения молекул и на преодоление сил взаимодействия между молекулами
3)	на преодоление сил взаимодействия между молекулами без увеличения средней скорости их движения
4)	на увеличение средней скорости движения молекул и на увеличение сил взаимодействия между молекулами

Это задание ещё не решено, приводим решение прототипа.

В процессе кипения жидкости, предварительно нагретой до температуры кипения, сообщаемая ей энергия идёт

1) на увеличение средней скорости движения молекул

2) на увеличение средней скорости движения молекул и на преодоление сил взаимодействия между молекулами

3) на преодоление сил взаимодействия между молекулами без увеличения средней скорости их движения

4) на увеличение средней скорости движения молекул и на увеличение сил взаимодействия между молекулами

При кипении температура жидкости не меняется, а происходит процесс перехода в другое агрегатное состояние. Образование другого агрегатного состояния идет с преодолением сил взаимодействия между молекулами. Постоянность температуры означает и постоянство средней скорости движения молекул.

Источник

Молекулярная физика. Кипение жидкости.

Кипение — это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре.

В отличие от испарения, которое происходит при любой температуре жидкости, другой вид парообразования — кипение — возможен лишь при совершенно определенной (при данном давлении) температуре — температуре кипения.

При нагревании воды в открытом стеклянном сосуде можно увидеть, что по мере увеличения температуры стенки и дно сосуда покрываются мелкими пузырьками. Они образуются в результате расширения мельчайших пузырьков воздуха, которые существуют в углублениях и микротре­щинах не полностью смачиваемых стенок сосуда.

Пары жидкости, которые находятся внутри пузырьков, являются насыщенными. С ростом температуры давление насыщенных паров возрастает, и пузырьки увеличиваются в размерах. С уве­личением объема пузырьков растет и действующая на них выталкивающая (архимедова) сила. Под действием этой силы наиболее крупные пузырьки отрываются от стенок сосуда и поднимаются вверх. Если верхние слои воды еще не успели нагреться до 100 °С, то в такой (более холодной) воде часть водяного пара внутри пузырьков конденсируется и уходит в воду; пузырьки при этом сокращаются в размерах, и сила тяжести заставляет их снова опускаться вниз. Здесь они опять увеличиваются и вновь начинают всплывать вверх. Попеременное увеличение и уменьшение пузырьков внутри во­ды сопровождается возникновением в ней характерных звуковых волн: закипающая вода шумит.

Когда вся вода прогреется до 100 °С, поднявшиеся вверх пузырьки уже не сокращаются в размерах, а лопаются на поверхности воды, выбрасывая пар наружу. Возникает характерное бульканье — вода кипит.

Кипение начинается после того, как давление насыщенного пара внутри пузырьков сравнивается с давлением в окружающей жидкости.

Во время кипения температура жидкости и пара над ней не меняется. Она сохраняется неизменной до тех пор, пока вся жидкость не выкипит. Это происходит потому, что вся подводимая к жидкости энергия уходит на превращение ее в пар.

Температура, при которой кипит жидкость, называется температурой кипения.

Температура кипения зависит от давления, оказываемого на свободную поверхность жидкос­ти. Это объясняется зависимостью давления насыщенного пара от температуры. Пузырек пара растет, пока давление насыщенного пара внутри него немного превосходит давление в жидкости, которое складывается из внешнего давления и гидростатического давления столба жидкости.

Чем больше внешнее давление, тем больше температура кипения.

Всем известно, что вода кипит при температуре 100 ºC. Но не следует забывать, что это справедливо лишь при нормальном атмосферном давлении (примерно 101 кПа). При увеличении дав­ления температура кипения воды возрастает. Так, например, в кастрюлях-скороварках пищу варят под давлением около 200 кПа. Температура кипения воды при этом достигает 120°С. В воде такой температуры процесс варки происходит значительно быстрее, чем в обычном кипятке. Этим и объясняется название «скороварка».

И наоборот, уменьшая внешнее давление, мы тем самым понижаем температуру кипения. Напри­мер, в горных районах (на высоте 3 км, где давление составляет 70 кПа) вода кипит при температуре 90 °С. Поэтому жителям этих районов, использующим такой кипяток, требуется значительно больше времени для приготовления пищи, чем жителям равнин. А сварить в этом кипятке, например, кури­ное яйцо вообще невозможно, так как при температуре ниже 100 °С белок не сворачивается.

У каждой жидкости своя температура кипения, которая зависит от давления насыщенного пара. Чем выше давление насыщенного пара, тем ниже температура кипения соответствующей жидкости, т. к. при меньших температурах давление насыщенного пара становится равным атмосферному. Например, при температуре кипения 100 °С давление насыщенных паров воды равно 101 325 Па (760 мм рт. ст.), а паров ртути — всего лишь 117 Па (0,88 мм рт. ст.). Кипит ртуть при 357°С при нормальном давлении.

Теплота парообразования.

Теплота парообразования (теплота испарения) — количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу (при постоянном давлении и постоянной температуре) для полного превращения жидкого вещества в пар.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обра­тить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры, называется удельной теплотой парообразования.

Удельную теплоту парообразования обозначают буквой r и измеряют в джоулях на килограмм (Дж/кг).

Количество теплоты, необходимое для парообразования (или выделяющееся при конденса­ции). Чтобы вычислить количество теплоты Q, необходимое для превращения в пар жидкости любой массы, взятой при температуре кипения, нужно удельную теплоту парообразования r ум­ножить на массу m:

При конденсации пара происходит выделение такого же количества теплоты:

Источник