Многие хозяйки, пытаясь ускорить процесс приготовления пищи, солят воду сразу после того, как поставили кастрюлю на плиту. Они свято верят, что поступают правильно, и готовы привести в свою защиту множество аргументов. Так ли это на самом деле и какая вода закипает быстрее – соленая или пресная? Для этого совсем необязательно ставить эксперименты в лабораторных условиях, достаточно развеять мифы, которые десятилетиями царят на наших кухнях, с помощью законов физики и химии.
Распространенные мифы о кипении воды
В вопросе кипения воды людей условно можно разделить на две категории. Первые убеждены, что соленая вода закипает гораздо быстрее, а вторые с этим утверждение абсолютно не согласны. В пользу того, что на доведение до кипения соленой воды нужно меньше времени, приводятся следующие аргументы:
- плотность воды, в которой растворена соль, намного выше, поэтому теплоотдача от конфорки больше;
- во время растворения в воде кристаллическая решетка поваренной соли разрушается, что сопровождается выделением энергии. То есть, если в холодную воду добавить соль, то жидкость автоматически станет теплее.
Те, кто опровергает гипотезу о том, что соленая вода закипает быстрее, аргументируют это так: во время растворения соли в воде происходит процесс гидратации.
На молекулярном уровне образуются более прочные связи, для разрушения которых требуется больше энергии. Поэтому для закипания соленой воды требуется больше времени.
Кто же прав в этом споре, и действительно ли так важно солить воду в самом начале приготовления пищи?
Процесс кипения: физика «на пальцах»
Чтобы разобраться, что именно происходит с соленой и пресной водой при нагревании, нужно понимать, что такое процесс кипения. Вне зависимости от того, вода соленая или нет, закипает она одинаково и проходит через четыре стадии:
- образование мелких пузырьков на поверхности;
- увеличение пузырьков в объеме и их оседание на дне емкости;
- помутнение воды, вызванное интенсивным движением пузырьков с воздухом вверх-вниз;
- непосредственно процесс кипения, когда на поверхность воды поднимаются большие пузыри и с шумом лопаются, выделяя пар – воздух, который находится внутри и нагревается.
Теория теплоотдачи, к которой апеллируют сторонники соления воды в начале приготовления пищи, в этом случае «работает», но эффект от нагрева воды за счет ее плотности и выделения тепла при разрушении кристаллической решетки незначителен.
Намного важнее процесс гидратации, при котором образуются устойчивые молекулярные связи.
Чем они прочнее, тем сложнее пузырьку воздуха подняться на поверхность и опуститься на дно емкости, на это уходит больше времени. В итоге если в воду добавлена соль, то циркуляция пузырьков с воздухом замедляется. Соответственно, соленая вода закипает медленнее, так как молекулярные связи удерживают воздушные пузырьки в соленой воде чуть дольше, чем в пресной.
Солить или не солить? Вот в чем вопрос
Кухонные споры по поводу того, какая вода быстрее закипает соленая или несоленая, можно вести бесконечно. В итоге с точки зрения практического применения нет особой разницы, посолили вы воду в самом начале или же после того, как она закипела. Почему же это не имеет особого значения? Чтобы разобраться в ситуации, нужно обратиться к физике, которая дает исчерпывающие ответы на этот, казалось бы, непростой вопрос.
Всем известно, что при стандартном атмосферном давлении в 760 мм ртутного столба вода закипает при 100 градусах по Цельсию. Температурные параметры могут меняться при условии изменения плотности воздуха – все знают, что в горах вода закипает при более низкой температуре. Поэтому когда речь заходит о бытовом аспекте, в этом случае гораздо важнее такой показатель, как интенсивность горения газовой конфорки или же степень нагрева электрической кухонной поверхности.
Именно от этого зависит процесс теплообмена, то есть, скорость нагрева самой воды. И, соответственно, время, затраченное на то, чтобы она закипела.
Например, на открытом огне, если вы вздумаете приготовить ужин на костре, вода в котелке закипит за считанные минуты благодаря тому, что дрова при сжигании выделяют больше тепла, чем газ в плите, а площадь нагрева поверхности значительно больше. Потому совсем необязательно солить воду для того, чтобы она быстрее закипела – достаточно включить конфорку плиты на максимум.
Температура кипения соленой воды точно такая же, как и у пресной, и у дистиллированной. То есть, она составляет 100 градусов при нормальном атмосферном давлении. А вот скорость закипания при равных условиях (например, если за основу взята обычная конфорка газовой плиты) будет различаться. Для того, чтобы закипела соленая вода, понадобится больше времени за счет того, что пузырькам с воздухом тяжелее разрывать более прочные молекулярные связи.
К слову, разница во времени закипания существует между водопроводной и дистиллированной водой – во втором случае жидкость без примесей и, соответственно, без «тяжелых» молекулярных связей, будет нагреваться быстрее.
Правда, разница во времени составляет всего несколько секунд, которые не делают погоды на кухне и практически никак не влияют на скорость приготовления пищи. Потому руководствоваться нужно не желанием сэкономить время, а законами кулинарии, предписывающими солить каждое блюдо в определенный момент для сохранения и усиления его вкусовых качеств.
Кипячение воды сопровождается изменениями особенностей её фазового состояния и приобретением парообразной консистенции, когда достигаются определенные температурные показатели.
Для того чтобы вскипятить воду и поспособствовать выделению пара, потребуется температура в 100 градусов по Цельсию. Сегодня мы постараемся разобраться с тем вопросом, как понять, что вода закипела.
Еще с детских лет мы все слышали родительские советы относительного того, что употреблять можно только кипяченую воду. Сегодня же можно встретить как сторонников, так и противников подобных рекомендаций.
С одной стороны кипячение воды на самом деле является необходимой и полезной процедурой, ведь сопровождается следующими положительными сторонами:
- Достижение водой температурных показателей в 100 градусов и выше сопровождается гибелью многих болезнетворных микроорганизмов, поэтому кипячение можно назвать неким очищением жидкости. Для эффективной борьбы с бактериями специалисты рекомендуют кипятить воду не меньше 10 минут.
- При кипячении воды устраняются и различные примеси, которые могут представлять определенную опасность для человеческого здоровья. Признаком избавления от примесей является формирование накипи, которую мы часто видим на стенках чайников и кастрюль. Но нужно учитывать, что заваривая чай только закипевшей водой, существует высокая вероятность регулярного наполнения организма кристаллизовавшимися отложениями, что чревато развитием мочекаменной болезни в будущем.
Вред кипячения воды может быть связан с несоблюдением указанных рекомендаций относительно времени кипячения.
Если Вы довели жидкость до 100 градусов и при этом сразу же сняли с огня, можно не сомневаться в том, что преобладающее количество микроорганизмов не подверглись отрицательному воздействию. Во избежание этого обязательно нужно кипятить воду от 10 до 15 минут.
Еще одной отрицательной стороной кипячения воды вступает потеря кислорода, который является жизненно важным элементом для любого живого организма.
Благодаря крупным молекулам кислорода обеспечивается распространение полезных элементов посредством кровеносной системы. Конечно же, отсутствие кислорода не является пагубным фактом для здоровья, но при этом не представляет никакой пользы.
Существует несколько способов, определяющих доведение воды до кипения. Отличаются они, прежде всего, тем, какую пуду Вы используете для кипячения жидкости. Для приготовления чая или кофе чаще всего используются чайники, а вот в приготовлении пищи – кастрюли.
Итак, для начала следует наполнить чайник холодной водой из-под крана и поместить емкость на огонь. По мере нагревание будут отчетливо слышны звуки потрескивания, которые сменятся нарастающим шипением.
Следующим этапом является утихание шипение, на смену которому приходит слабый шум, появление которого сопровождается выделением пара. Данные признаки и будут указывать на то, что вода в чайнике закипела. Остается только подождать около 10 минут и снять чайник с огня.
Определить закипание воды в открытых емкостях намного проще. Наполните кастрюлю необходимым количеством холодной воды и поместить емкость на огонь. Первыми признаками того, что вода скоро закипит, будет появление маленьких пузырьков, образующихся на дне емкости и поднимающихся кверху.
Следующим этапом является увеличение пузырьков в размерах и их количества, что сопровождается образование пара над поверхностью емкости. Если вода начала бурлить, значит жидкость достигла температуры, требуемой для кипения.
Достаточно полезными будут для Вас и следующие факты:
- Если желаете как можно быстрее довести воду до кипения, используя при этом кастрюлю, обязательно накрывайте ёмкость крышкой для удержания тепла. Также нужно помнить, что в больших ёмкостях вода достигает кипения дольше, что связано с затратой большего количества времени на нагревание такой кастрюли.
- Используйте только холодную воду из-под крана. Дело в том, что горячая вода может содержать примеси свинца, находящегося в водопроводной системе. По мнению многих специалистов, такая вода не подходит для употребления и использования в приготовлении пищи даже после кипячения.
- Никогда не наполняйте ёмкости до краёв, ведь по мере кипения вода будет выливаться из кастрюли.
- По мере увеличения высоты происходит уменьшение температуры кипения. В таком случае может потребоваться большее количество времени кипения для обеспечения гибели всех болезнетворных микроорганизмов. Следует учитывать этот факт, отправляясь в поход в горы.
Также следует соблюдать все меры осторожности при контактах не только с горячей водой, емкостью, но и с выделяемым паром, который может оказаться причиной формирования серьезных ожогов.
Кипение – процесс перехода вещества из жидкого в газообразное состояние (парообразование в жидкости). Кипение не является испарением : оно отличается тем, что может происходить только при определенном давлении и температуре.
Кипячение – нагревание воды до температуры кипения.
Кипение воды является сложным процессом, который происходит в четыре стадии . Рассмотрим пример кипения воды в открытом стеклянном сосуде.
На первой стадии кипения воды на дне сосуда появляются небольшие пузырьки воздуха, которые также можно заметить и на поверхности воды по бокам.
Эти пузырьки образуются в результате расширения небольших пузырей воздуха, которые находятся в мелких трещинах сосуда.
На второй стадии наблюдается увеличение объема пузырьков: все больше пузырьков воздуха рвется на поверхность. Внутри пузырьков находится насыщенный пар.
Как только повышается температура, возрастает давление насыщенных пузырьков, в результате чего они увеличиваются в размере. Как следствие, повышается действующая на пузыри архимедова сила.
Именно благодаря этой силе пузырьки стремятся к поверхности воды. Если верхний слой воды не успел прогреться до 100 градусов С (а это и есть температура кипения чистой воды без примесей), то пузырьки опускаются вниз в более горячие слои, после чего они снова устремляются назад на поверхность.
Ввиду того, что пузыри постоянно уменьшаются и увеличиваются в размере, внутри сосуда возникают звуковые волны, которые создают характерный для кипения шум.
На третьей стадии на поверхность воды поднимается огромное количество пузырьков, что вначале вызывает небольшое помутнение воды, которая затем «бледнеет». Данный процесс продолжается недолго и имеет название «кипение белым ключом».
Наконец, на четвертой стадии кипения вода начинает интенсивно бурлить, появляются большие лопающиеся пузыри и брызги (как правило, брызги означают, что вода сильно перекипела).
Из воды начинает образовываться водяной пар, при этом вода издает специфические звуки.
Почему «цветут» стены и «плачут» окна? Очень часто в этом виноваты строители, неправильно рассчитавшие точку росы. Читайте статью чтобы узнать, насколько это важное физическое явление, и как все-таки избавиться от излишней сырости в доме?
Какую пользу может принести талая вода для желающего похудеть? Об этом вы узнаете , оказывается, худеть можно без особых усилий!
Температура пара при кипении воды ^
Пар – это газообразное состояние воды. Когда пар поступает в воздух, то он, как и другие газы, оказывает на него определенное давление.
В процессе парообразования величина температуры пара и воды будет оставаться постоянной до тех пор, пока не испарится вся вода. Такое явление объясняется тем, что вся энергия (температура) направлена на превращение воды в пар.
В данном случае образуется сухой насыщенный пар. Высокодисперсные частицы жидкой фазы в таком паре отсутствуют. Также пар может быть насыщенным влажным и перегретым .
Насыщенный пар с содержанием взвешенных высокодисперсных частиц жидкой фазы , которые равномерно распределены по всей массе пара, называется влажным насыщенным паром .
В начале закипания воды образуется именно такой пар, который затем переходит в сухой насыщенный. Пар, температура которого больше температуры кипящей воды, а точнее перегретый пар, можно получить только с использованием специального оборудования. При этом такой пар будет близок по своим характеристикам к газу .
Температура кипения соленой воды ^
Температура кипения соленой воды превышает температуру кипения пресной воды . Как следствие соленая вода закипает позднее пресной . В соленой воде присутствуют ионы Na+ и Cl-, которые занимают определенную область между молекулами воды.
В соленой воде молекулы воды присоединяются к ионам соли – данные процесс имеет название «гидратация». Связь между молекулами воды значительно слабее связи, образовавшейся в процессе гидратации.
Поэтому при кипении из молекул пресной воды парообразование происходит быстрее.
На закипание воды с растворенной солью потребуется больше энергии, в качестве которой в данном случае выступает температура.
По мере увеличения температуры молекулы в соленой воде начинаются двигаться быстрее, но при этом их становится меньше, ввиду чего они сталкиваются реже. В результате образуется меньше пара, давление которого ниже, нежели у пара пресной воды.
Для того чтобы в соленой воде давление стало выше атмосферного и начался процесс кипения, необходима более высокая температура. При добавлении 60 граммов соли в воду объемом 1 литр температура кипения увеличится на 10 С.
А здесь ошиблись на 3 порядка «Удельная теплота испарения воды равна 2260 Дж/кг.» Правильно кДж, т.е. в 1000 раз больше.
Чем объясняется высокая температура кипения воды?
Из-за чего вода кипит при высокой температуре?
Перегретый пар, это пар с температурой выше 100С(ну если вы не в горах или вакууме, а при нормальных условиях), его получают пропуская пар через раскаленные трубки, либо проще — от кипящего раствора соли или щелочи(опасно — щелочь крепче Na2CO3(например поташ — K2CO3 почему остатки NaOH за день-два становятся не опасными для глаз, в отличие от окарбонатившихся на воздухе остатков KOH)омыляет глаза, не забудьте надеть плавательные очки!), но р-ры такие кипят толчками, нужны кипелки и тонкий слой на дне, воду можно добавлять при выкипании, выкипает только она.
так из соленой воды можно получить при кипении пар с температурой около 110С, не хуже такого-же из горячей 110С трубы, пар этот содержит лишь воду и нагрет, каким способом он не помнит, но на 10С имеет «запас хода» в сравнении с паром из чайника пресной воды.
Его можно называть сухим, т.к. согрев(контактируя как в трубе, или даже излучением, свойственным не только солнцу но и любому телу в некоторой(температурно зависимой) степени) некий предмет, пар может охладившись до 100С все еще оставаться газом, и только дальнейшее охлаждение ниже 100С вызовет его конденсацию в каплю воды, и почти вакуум(давление насыщенного пара воды около 20мм рт ст из 760мм рт ст(1 атм), тоесть в 38 раз ниже атмосферного давления, это происходит и с неперегретым, насыщенным паром с температурой 100С в прогревшемся сосуде(чайник из носика которого валит пар), и не только с водой, а с любым кипящим веществом, например медицинский эфир кипит ужЕ при температуре тела, и может кипеть в колбе в ладони, из горлышка которой будут «фонтанировать» его парЫ, заметно преломляющие свет, если теперь второй ладонью закрыть колбу, и убрать нагрев нижней ладони, заменив ее подставкой с температурой ниже 35С, эфир перестанет кипеть, а его насыщенный пар, вытолкнувший при кипении весь воздух из колбы, сконденсируется в каплю эфира, создав вакуум не сильнее чем тот от которого эфир закипает, то-есть примерно равный давлению насыщенного пара эфира при температуре самой холодной точки внутри колбы, или присоединенного к ней без утечек второго сосуда или шланга с закрытым дальним концом, так устроен прибор Криофор, демонстрирующий принцип холодной стенки, как сладкая липучка — пчёл, захватывающей все молекулы пара в системе.(«вакуумный спирт» так гонят, без нагрева)
А при более 1700 Цельсия вода очень так хорошо разлогается на кислород и водород…бада-бум получается, ни нада ею плескать на всякие там горящие металлическо-сикамбричнеские конструкции
Процесс закипания воды достаточно интересный и в то же время очень сложный процесс. Кипение - это процесс, при котором вещество (в данном случае вода) переходит из жидкого состояния в газообразное. Чтобы вода закипела, нужна подходящая температура, иначе процесс не запустится. В обычных условиях температура закипания воды равняется 100 градусам по Цельсию. Именно при такой температуре вода примется превращаться в газ.
Как закипает вода
Как только вода достигнет отметки в 100 градусов, жидкость начнет превращаться в пар. Чтобы легче было представить весь процесс преобразования, наберите в небольшую металлическую кастрюлю воды и поставьте на огонь. Вот что будет происходить:
- вода в кастрюле начнет нагреваться;
- при достижении температуры воды в 100 градусов, на самом дне кастрюли начнут образовываться пузырьки с паром;
- дойдя на поверхности, эти пузырьки лопаются, выпуская пар на свободу;
- количество воды в кастрюле будет постепенно уменьшаться.
Таким образом, через какое-то определенное время, вода в кастрюле полностью исчезнет, превратившись в пар. Кстати, не стоит путать кипение и испарение, эти процессы различаются между собой. Испарение может происходить при любой температуре, в то время как кипение лишь при определенной. Также процесс кипения происходит по всей жидкости, а при испарение вода превращаться в пар, начиная с поверхности воды. При испарении жидкость постепенно будет охлаждаться.
Какие еще условия влияют на процесс кипения
На самом деле кипение может происходить и при более низких или высоких температурах, чем 100 градусов. По мимо температуры, не менее важное место занимает давление. Так к примеру если мы начнем подниматься в горы, давление будет уменьшаться, следовательно и температура кипения будет уменьшаться. Если же мы будем спускаться в глубокую шахту, давление будет расти, следовательно температура кипения тоже будет расти. По мимо давления так же важно, чтобы вода постоянно подогревалась, иначе температура упадет и процесс остановится.
Температуру кипения необходимо знать, потому что при ее достижении вода превращается в пар, то есть переходит из одного агрегатного состояния в другое.
Мы привыкли к тому, что в кипящей воде можно дезинфицировать посуду, варить продукты, но это не всегда так. В некоторых условиях температура жидкости будет слишком низкой для всего этого.
Суть процесса
Прежде всего надо определиться с понятием кипения. Что это такое? Это процесс, при котором вещество превращается в пар. Причем процесс этот происходит не только на поверхности, но и по всему объему вещества.
При кипении начинают образовываться пузырьки, внутри которых находится воздух и насыщенный пар. Шум закипающего чайника, кастрюли указывает на то, что пузырьки воздуха начали всплывать, затем опускаться и лопаться. Когда емкость хорошо прогреется со всех сторон, шум прекратится, значит, жидкость полностью закипела.
Процесс проходит при определенной температуре и давлении и является с точки зрения физики фазовым переходом первого рода.
Обратите внимание! Испарение может происходить при любой температуре, кипение же – при строго определенной.
В таблицах температура кипения воды или другой жидкости при нормальном атмосферном давлении приводится как одна из основных физических характеристик. Температура кипения (Тк) на самом деле равняется температуре пара, который находится в насыщенном состоянии прямо на границе между водой и воздухом. Сама вода, если быть точным, нагрета чуть-чуть больше.
На процесс кипения также ощутимо влияют:
- наличие в воде примесей газа;
- звуковые волны;
- ионизация.
Есть и другие факторы, заставляющие образовываться пузырьки быстрее или медленнее. Следует также отметить, что у каждых веществ своя Тк. Бытует мнение, что если добавить в воду соль, то она закипит быстрее. Это действительно так, но время изменится совсем немного. Для ощутимых результатов придется добавить очень много соли, что полностью испортит блюдо.
Различные условия
При нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст., или 101 кПа, 1 атм.) вода начинает кипеть, нагревшись до 100 ℃. Это знают все.
Важно! Если внешнее давление увеличивать, то температура кипения тоже возрастет, а если уменьшать, то станет меньше.
Уравнение зависимости температуры кипения воды от давления довольно сложное. Зависимость эта не линейная. Иногда пользуются барометрической формулой для расчета, делая некоторые приближения, и уравнением Клапейрона-Клаузиуса.
Удобнее воспользоваться таблицами из справочников, в которых приведены данные, полученные экспериментальным путем. По ним можно построить график и, проведя экстраполяцию, вычислить требуемое значение.
В горах вода закипит, не успев нагреться до 100 ℃. На самой высокой вершине мира Джомолунгме (Эверест, высота над уровнем моря 8848 м) температура закипания воды равняется приблизительно 69 ℃. Но даже если опуститься немного ниже, то все равно вода будет кипеть не при ста градусах, пока мы не достигнем давления в 101 к Па. На Эльбрусе, который ниже Эвереста, чайник с водой закипит при 82 ℃ – там давление равно 0,5 атм.
Поэтому в горных условиях для приготовления пищи потребуется значительно больше времени, а некоторые продукты вообще не сварятся в воде, их придется готовить другим способом. Иногда неопытные туристы удивляются, почему яйца так долго варятся, а кипяток не обжигает. Все дело в том, что этот кипяток недостаточно нагрет.
В автоклавах и скороварках, наоборот, давление увеличивают. Это заставляет воду кипеть при более высокой температуре. Пища сильнее разогревается, и готовка происходит быстрее. Поэтому скороварки так и назвали. Нагрев до высокой температуры полезен еще и тем, что происходит дезинфекция жидкости, в ней погибают микробы.
Кипение при повышенном давлении
Повышение давления приведет к увеличению Тк воды. При 15 атмосферах кипение начнется только при 200 градусах, при 80 атм. – 300 градусов. В дальнейшем рост температуры будет очень медленным. Максимальное значение стремится к 374,15 ℃, что соответствует 218,4 атмосферам.
Кипение в вакууме
Что будет, если воздух начнет все более и более разряжаться, стремясь к вакууму? Понятно, что температура кипения тоже начнет уменьшаться. И когда же сможет закипеть вода?
Если понизить давление до 10–15 мм рт. ст. (в 50–70 раз), то температура кипения уменьшится до 10–15 ℃. Такой водой можно охладиться.
При дальнейшем снижении давления Тк будет уменьшаться и может достигнуть температуры замерзания. В этом случае в жидком состоянии вода просто не сможет существовать. Она будет переходить изо льда сразу в газ. Это случится примерно при 4,6 мм рт. ст.
Достичь абсолютного вакуума невозможно, но сильно разряженную атмосферу можно получить, если откачивать из сосуда с водой воздух. В результате такого эксперимента можно увидеть, когда именно закипает жидкость.
Давление понижается не только при откачке воздуха. Оно снижается возле быстро вращающегося винта, например, корабельного. В этом случае возле его поверхности тоже начинается кипение. Такой процесс назвали кавитацией. Во многих случаях такое явление нежелательно, но иногда оно приносит пользу. Так, кавитацию используют в биомедицине, промышленности и при очистке поверхностей ультразвуком.