Что будет если кипятить воду в закрытой емкости

Что будет если кипятить воду в закрытой емкости

Это началось как вопрос, но, пока я его задавал, я успел сам себе на него и ответить Так что — не судите строго!

Кипение — это фазовый переход между жидким состоянием и газообразным. Процесс кипения зависит от сообщаемой жидкости энергии, от давления окружающей среды и от количества примесей в жидкости. К примеру, скороварки увеличивают давление над поверхностью жидкости и позволяют жидкости нагреваться значительно выше номинальной точки кипения.

Вопрос: что будет, если давление на нагреваемую жидкость будет бесконечно большим?

Возьмём капсулу из какого-нибудь сверхпрочного титана, алмаза (или нейтрита), покрытого внутри плёнкой, предотвращающей даже самое слабое растворение материала капсулы в жидкости. Заполним её доверху водой лабораторной чистоты, абсолютно без примесей, даже без растворённых в воде газов. (Можно, конечно, и не водой, но мы же проводим мысленный эксперимент в соответствии с заранее утверждённой сметой, поэтому должны брать самые дешёвые материалы! 😉). Внутри капсулы никакого воздуха не осталось. Начнём равномерно нагревать капсулу. Что произойдёт с водой?

Ответ: довольно долго — даже после того, как температура воды поднимется выше 100°С — не будет происходить вообще ничего. Затем на оболочке капсулы начнут образовываться миниатюрные пузырьки, тут же схлопывающиеся. Потом начнётся плёночное кипение вдоль стенок капсулы. В самой жидкости пузырьки образовываться не будут — им будут мешать, с одной стороны, поверхностное натяжение воды, а с другой — сильное броуновское движение молекул, постоянно разрушающее эти пузырьки. Так что вода будет перегрета. В итоге получим каплю совершенно спокойной, но перегретой воды, подвешенную на паровой подушке в центре капсулы. Рано или поздно (скорее, рано) паровая подушка вокруг капли достигнет своего насыщения, и количество молекул воды внутри этой подушки — то есть толщина подушки — будет постоянным.

При дальнейшем нагревании давление и температура внутри капсулы будет расти, толщина паровой подушки — увеличиваться, а размеры капли в её центре — уменьшаться. По достижении температуры в 374,15°С и давления в 218,3 атмосфер подушка заполнит всю капсулу, а явно заметная капля воды в её центре исчезнет. Вода перейдёт в состояние суперкритической жидкости, которая ведёт себя одновременно и как жидкость, и как газ.

Суперкритическая жидкость на самом деле не жидкость и не газ, а нечто среднее. К примеру, поверхностного натяжения у суперкритической жидкости нет, потому что нет различия между жидкостью и газом. Вязкость, плотность и теплопроводность у суперкритической жидкости тоже средние между жидкостью и газом. «Играя» с давлением и температурой, можно заставить суперкритическую воду вести себя больше как воду или как водяной пар. Это повлияет, к примеру, на способность растворять другие материалы, которая у воды выше, чем у водяного пара.

Суперкритические жидкости без проблем смешиваются друг с другом, как газы, причём результат смеси тоже будет суперкритическим. Есть даже формула для расчёта минимальной температуры, необходимой для того, чтобы смесь оставалась суперкритической. Получив смесь суперкритических жидкостей, которые в обычном состоянии не смешиваются, можно использовать её для достижения эффекта, который невозможно достичь, используя каждую жидкость по отдельности.

Суперкритические жидкости используются повсеместно. В газовых баллонах бытовой газ находится в состоянии суперкритической жидкости (газом он становится потом, пройдя через редуктор, уменьшающий давление). Суперкритические жидкости (в основном, углекислый газ) используются для удаления одного материала из другого, к примеру — кофеина из зелёных зёрен кофе, причём удалённый материал остаётся чистым и пригодным к использованию (к примеру, удалённый из кофе кофеин идёт в «Red Bull» и другие энергетические напитки). Суперкритический углекислый газ используется как чистящий агент в химчистке. Суперкритические жидкости используются в окраске: обогащённой краской суперкритической жидкостью «смачивают» окрашиваемый предмет, а затем резко сбрасывают давление, в результате краска остаётся внутри окрашиваемого предмета. Используя суперкритическую жидкость, можно значительно повысить КПД реакторов. Есть даже сушка с помощью суперкритических жидкостей, очистка отходов с помощью суперкритических жидкостей и томография с помощью суперкритических жидкостей!

Гидротермальные источники извергают воду в суперкритическом состоянии.

В природе суперкритические жидкости тоже встречаются. К примеру, атмосфера Венеры на уровне поверхности представляет собой суперкритический углекислый газ. На Земле подводные вулканы, расположенные на глубине 3 километров, нагревают до 400 градусов воду, находящуюся под давлением 300 атмосфер, что более чем достаточно для получения суперкритической жидкости (см. иллюстрацию).

Источник

Перегретая вода

Вопрос по перегретой воде. Читаю в интернетах, что воду можно перегреть, если не дать ей испаряться, слоем жира например. Тогда она потихоньку наберет энергию для фазового перехода по всему объему и закипит вся разом. Правда ли это, или причина в другом? Как гарантированно остановить этот процесс?

Спрашиваю потому, что только что закончил чистить кухню. Поставил из холодильника сваренный вчера бульон на плиту (электро, не индукция) и включил на 8/9. Через какое-то время кастрюля взорвалась, крышка взлетела, и пока приземлялась, бульон залил все в радиусе двух метров. Просто буквально гребаный фонтан, в кастрюле почти ничего не осталось. Хорошо, что рядом не стоял — ожоги были бы гарантированы.

Цель вопроса — предотвратить этот довольно опасный исход в будущем.
Ну и чтобы рандомный читатель знал, что такая срань с ним может произойти не только в хим.лаборатории.

предотвратить этот довольно опасный исход

Так вот почему мне мама всё время говорит, что суп надо помешивать, когда разогреваешь.

Посолить

Или добавить что-нибудь сыпучее, например, приправу.

И настораживаться, если не наблюдаются точки концентрации маленьких пузырьков.

Гуглятся истории вида «посолил-ожог-больница», спасибо. Кстати бульон был посолен ранее, уже некуда солить (полстоловой на 3л).

добавить что-нибудь сыпучее, например, приправу

Чтобы «нуклеация» происходила, правильно понимаю? То есть в общем виде достаточно будет сделать неоднородность среды, например кинуть в кастрюлю ложку или просто кусочек мяса?

Попробуй перемешивать, когда разогреааешь.

Джоули при разогревании находят себе сеть путей от дна до поверхности, поэтому часть супа долго остается холодной, если его не мешать. Это сильно видно, когда готовишь — кипит только несколько участков на поверхности.

Но если бы я мешал, то такого бы наверняка не случилось, это да.

Вряд ли это был эффект перегретой жидкости. Для этого вода должна быть чистой. Скорее, крышка присохла.

Такое бывает иногда.

В крышке дырка, да и я ее перед этим снимал.

Вряд ли это был эффект перегретой жидкости. Для этого вода должна быть чистой.

Я тоже был уверен, что дома такое провернуть невозможно, не пользуясь свч. Тем не менее, 3л выпрыгнули из кастрюли за доли секунды 8(

Гугл центр парообразования

Посолил-ожог-больница — это когда поздно посолил, когда уже перегрел и посолил и бомбануло. Но лучше раньше посолить, чем ждать бомбалейо.

наврать ради внимания на ни в чем не повинном форуме. Только вот ты адресом ошибся, тут запрещено 4.2

суп надо помешивать, когда разогреваешь.

Иначе на дне может подгореть. Если в супе что-нибудь есть, кроме жидкости. Только для этого.

Джоули при разогревании находят себе сеть путей от дна до поверхности, поэтому часть супа долго остается холодной, если его не мешать.

Любишь готовить суп-пюре?

Кстати, именно суп-пюре может так жахнуть, как ты описал в ОП. Повидло ещё надо варить аккуратно и постоянно помешивая. А то будет «перегретая жидкость», б

Помешивание решит проблему, постоянно образовывая новые центры кипения, а не дожидаясь образования одного единственного, который «вскипятит» весь объём сразу.

Большие пузыри, которые образуются при прекращении помешивания пюре или повидла, я видел, но они должны объясняться по-другому: центров парообразования в пюре полно. Может быть, дело в том, что плотность его существенно выше, а теплопроводность существенно ниже, чем у воды, что способствует локализации нагрева до температуры кипения без нагрева остальной массы и увеличивает размер пузырей пара?

Дыра точно жиром не заросла? Есть у них такое свойство.
Я обычно крышку не плотно закрываю, ставлю чуть-чуть под углом что-бы пар свободно выходил.

Конечно. Если рандом движения молекул сложится в упорядоченную картину, то возможны различные эксцессы. Например, тебя разорвёт вакуумом, или отравит ядами в организме. Помешивая воду, ты возможное упорядочивание движения её молекул регулируешь.

Re: Посолить

И настораживаться, если не наблюдаются точки концентрации маленьких пузырьков.

может каждый тявкнуть. Поставь экспримент, не будь слабаком.

Я знаю, что температура кипения воды зависит от атмосферного давления. Если кипятить воду в герметичной ёмкости, то испарение повысит давление воздуха в ёмкости и в какой-то момент вода кипеть перестанет из-за достигнутого равновесия. Температура воды будет постепенно расти вместе с давлением воздуха с паром в ёмкости. Этот принцип используется в скороварках. Но там есть клапан, потихоньку спускающий пар, если что. Если же ёмкость разгерметизируется быстро (вариант со взлетанием крышки, например), то температура кипения воды резко упадёт и значительная её часть (если температура оказалась сильно выше 100 градусов) мгновенно испариться, расширяясь, что должно выглядеть достаточно эффектно.

Крышку надо или убирать, или не закрывать плотно. А чтобы не выплескивалось наружу — огонь меньше. Ну, и вообще, разогревание в том и состоит, что ты не кипятишь, а подогреваешь на маленьком/среднем огне.

Крышка свободно снималась перед включением плиты. Кроме того, я не свинья, и у меня всегда все чистое, без жирных наростов и прочих забитостей. Эта кастрюля была абсолютно чистая, т.к. варилось в другой и было процежено в нее.

чтобы не выплескивалось наружу — огонь меньше

Зачем? Я образован, я и так знаю, что ты врешь.

Давление. У тебя все вылетело наружу как будто высосало полесосом. А давление изменилось из-за того, что крышкой плотно закрыто было.

Мне как-то лень вспоминать термодинамику, 7-9 класс. То, что ты описал, якобы из серии научной фантастики, проходят в школе. ну, или не совсем в школе, на олимпиадах или задачи повышенной сложности.

Я планировал открыть крышку, как начнет закипать, только никаких признаков этого не было от слова совсем

Открывать надо не по признакам, а открыл, помешал, закрыл. Тупо выпускать пар 🙂

Здесь многие высказали правдоподобные версии, а ты просто ищешь вхор-врунишек.
Ман проекция.

кастрюля взорвалась
бульон залил все в радиусе двух метров
в кастрюле почти ничего не осталось.
а ты просто ищешь вхор-врунишек

а чего их искать-то? если ты не загерметизировал крышку до полного испарения, ты приврал с три короба.

кастрюля взорвалась, крышка взлетела, и пока приземлялась, бульон залил все в радиусе двух метров

Это стандартная была кастрюля, или аtsuryoku nabe перегрел?

Источник

Кипящая вода испаряется быстрее при закрытой или закрытой крышке?

Когда крышка снята, воде становится легче испаряться, что отводит большое количество тепловой энергии из воды, поддерживая кипение вашего примера кастрюли. Закройте крышку, и испарению будет труднее выйти, поэтому будет отводиться меньше тепла, и ваша кастрюля будет нагреваться до бурного кипения.

Вода испаряется быстрее при закрытой или открытой крышке?

Крытая кастрюля закипает быстрее, чем открытая, потому что охлаждающая атмосфера в комнате значительно уменьшается. Как только жидкость закипит, варианты расширятся. Установив крышку, вы пытаетесь совмещать конкурирующие факторы кипячения, достаточного нагрева и испарения.

Что закипает быстрее крышка включается или выключается?

Но пока к воде добавляется больше энергии, чем теряется с паром, температура будет продолжать расти, пока вода не закипит. Накрытие кастрюли предотвращает выход водяного пара, позволяя температуре повышаться быстрее.

Варить на медленном огне с закрытой крышкой или без нее?

Как сделать так, чтобы вода испарялась быстрее?

Испарение происходит с поверхности, подверженной воздействию воздуха, поэтому увеличение площади поверхности и уменьшение глубины контейнера приведет к увеличению испарения. Самым быстрым было бы вылить воду на открытую ровную поверхность, позволяя ей растекаться в широкой луже только настолько, насколько позволяет поверхностное натяжение.

Помогает ли соль воде закипать быстрее?

На самом деле, добавление соли прямо противоположно тому, чтобы вода закипела быстрее. Вместо этого вода закипает дольше! Соль фактически увеличивает температуру кипения воды, когда склонность воды к испарению больше, чем тенденция к тому, чтобы она оставалась жидкостью на молекулярном уровне.

Сколько времени нужно, чтобы испарился стакан воды?

Помогает ли крышка воде закипать быстрее?

Следует ли использовать крышку при кипячении воды?

Что происходит с водой, когда она закипает?

Когда вода кипятится, тепловая энергия передается молекулам воды, которые начинают двигаться быстрее. В конце концов, молекулы имеют слишком много энергии, чтобы оставаться связанными в виде жидкости. Когда это происходит, они образуют газообразные молекулы водяного пара, которые всплывают на поверхность в виде пузырьков и перемещаются в воздух.

Уменьшает ли кипение жидкость?

Как вы отметили, жидкость уменьшается намного быстрее, когда вы увеличиваете огонь, по сравнению с тем, когда вы оставляете его на слабом кипении. Причина проста в том, что вы вводите в жидкость намного больше тепловой энергии, когда выкручиваете ее на максимум.

Вы помешиваете при кипячении?

Как только вы достигнете точки кипения, вам нужно будет отрегулировать огонь между средне-слабым и низким, чтобы поддерживать постоянное кипение. При необходимости слегка увеличьте или уменьшите температуру. Когда вы добьетесь устойчивого кипения, вам все равно придется время от времени помешивать жидкость.

Как должен выглядеть кипящий котел?

Как выглядит кипячение? Чтобы легче всего измерить температуру кипения, просто посмотрите, как количество пузырьков поднимается со дна кастрюли на поверхность жидкости. При слабом кипении жидкость будет иметь минимальное движение, лишь несколько крошечных пузырьков будут периодически подниматься, сопровождаемые небольшими струйками пара.

Помогает ли соль испарять воду?

В случае с соленой водой вы могли заметить, что она испаряется немного медленнее, чем чистая вода. Это связано с тем, что молекулы воды притягиваются к растворенным ионам соли, и требуется больше энергии, чтобы разрушить эти молекулы воды, чтобы они испарились.

Сколько времени нужно, чтобы 1 стакан кипятка испарился?

Вода полностью испарится за 1.2 часа.

1 час испарения кажется довольно быстрым, но я с самого начала использовал большой коэффициент конвекции.

Какая вода испаряется быстрее: горячая или холодная?

Постоянное движение накапливает энергию, которая в конечном итоге вызывает испарение воды. Однако холодная вода испаряется намного медленнее, чем горячая. Когда вода горячая, молекулы движутся намного быстрее, что приводит к более быстрому испарению.

Источник

Что будет с водой, если ее прокипятить 10 раз

Репортеры программы «НашПотребНадзор» провели эксперимент и выяснили, правдивы ли слухи о том, что повторное кипячение увеличивает концентрацию вредных веществ в воде.

Директор Главного центра питьевой воды Юрий Гончар и корреспондент НТВ прокипятили обычную воду крана 10 раз и проверили по десяткам показателей после каждого кипячения.

После первого кипячения специальная аппаратура показала, что вода помутнела и немного поменяла цвет. Но все показатели в норме. Запах и привкус не изменились. Зато вода стала сразу на 20% мягче.

После второго кипячения выросло содержание фторидов. Однако лишь на сотые доли, и их в десятки раз меньше тех значений, которые могли бы насторожить. После третьего кипячения вода стала еще мягче. Снизилась и прозрачность воды. Единственный элемент, который увеличивается с каждым кипячением, — это железо.

После того как вода откипела уже в девятый раз и осадок заметно покрыл дно чайника, уровень кальция упал ниже санитарных норм. Впрочем, даже если в воде вообще нет кальция, она все равно безопасна. Ведь основные источники кальция для человека другие.

После кипячения стало меньше магния, алюминия кальция и вообще минералов. Но это совсем не критично, так что воду эксперты кипятить разрешают. Негативно это на нее не влияет. А страшилки, уверяют специалисты, обычно распространяют производители бутилированной воды.

Конечно, пластик пластику рознь. Поэтому у чайника должен быть сертификат безопасности. Такой документ нужно спрашивать при покупке любого чайника, ведь металл, керамика и даже стекло тоже могут выделять опасную химию.

Источник

Температура кипения воды в зависимости от давления: 4 фактора, таблица для расчёта

Многие люди думают, что температура кипения воды составляет 100°C. 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°:

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».

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».

Температура кипения воды в шахте

Если спуститься в шахту, то давление будет увеличиваться.

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.

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;

— 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:

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.

Источник