Перегретая жидкость

Возможно ли нагреть воду до температуры больше 100 градусов без кипения при нормальном атмосферном давлении? Действительно ли чистая вода кипит при 100 градусов? Какая вода – сырая или кипяченая – закипает при одинаковых условиях раньше?

 

Описание:

Замечали ли Вы, что при кипячении, образование первых пузырьков начинается на шероховатостях сосуда, а также вокруг более или менее крупных частиц присутствующих в жидкости загрязнителей?! Поэтому если нагревать абсолютно чистую жидкость в идеально отполированном сосуде, то при нормальном атмосферном давлении можно заставить эту жидкость не вскипать при очень высоких температурах.

 

Образуется так называемая перегретая жидкость, отличающаяся крайней нестабильностью — достаточно минимального толчка или попадания пылинки, чтобы жидкость мгновенно вскипела (а на деле — буквально взорвалась) сразу во всем объеме.

 

Перегретая жидкость — жидкость, нагретая выше температуры кипения.

 

Для демонстрации эффекта перегретой жидкости мы взяли дистиллированную воду и нагревали ее в стеклянной колбе.

 

Так как стекло колбы гладкое (без шероховатостей) и внутри воды также не было примесей и посторонних веществ, то такая вода нагрелась выше чем 100 градусов и все еще не кипела.

 

При добавлении сахара в колбе возникли сразу много центров парообразования, и перегретая жидкость начинает почти мгновенно превращаться в пар вокруг этих центров, что приводит к значительным всплескам воды. Т.е. пузыри пара внутри растут так быстро, что просто подбрасывают часть воды вверх, и вода выплескивается из колбы.

 

Объяснение:

Почему кипяченая вода закипает дольше чем сырая и почему возможно перегреть воду выше температуры кипения?!

 

А все дело в мельчайших пузырьках воздуха, которые растворены в воде или забились в щелях и шероховатостях посуды. При нагревании воды они начинают проявляться. Именно эти мельчайшие пузырьки воздуха являются основой для образования первых пузырей пара кипящей воды. Их так и называют – центры парообразования.

 

Чтобы жидкость не кипела при 100 градусах, должны отсутствовать центры парообразования (небольшие пузырьки воздуха). Воду необходимо нагревать в сосуде, у которого будет наименьшая шероховатость стенок, т.е. не будет мест, где могут скопиться пузырьки воздуха. А также взять абсолютно чистую воду без примесей, так как мельчайшие посторонние частицы могут нести в себе центры парообразования.

 

Раньше закипит вода сырая, так как она содержит в себе растворенный воздух, а из кипяченой воды воздух уже вышел в процессе кипячения.

 

Читая далее вы знаете почему «никто еще не наблюдал кипения вполне чистой, не содержащей воздуха воды».

 

А теперь подробнее…

Чтобы разъяснить, почему присутствие растворенного воздуха ускоряет кипение, надо войти в некоторые подробности.

 

Кипение, в отличие от испарения, состоит в появлении пузырей пара внутри нагреваемой жидкости. Это становится возможным только тогда, когда давление пара достигает величины, не меньшей, нежели давление атмосферы на поверхность, передающееся по закону Паскаля внутрь. Известно, что при 100˚С давление насыщающего водяного пара равно атмосферному. Это относится, однако, только к тому случаю, когда пар насыщает пространство над плоской поверхностью воды. Давление насыщенного пара внутри пузырька, образовавшегося в воде, должно быть меньше атмосферного— меньше, чем близ плоской водяной поверхности при той же температуре. Причина та, что молекулы, покидающие вогнутую поверхность жидкости, легко захватываются ею вновь. Значит, уже при сравнительно небольшом числе освободившихся молекул внутри пузырька наступает такое состояние, когда число ежесекундно освобождающихся молекул равно числу захватываемых. Это и есть состояние насыщения, когда данное пространство заключает при данной температуре наибольшее количество пара,— состояние, при котором давление пара наибольшее. Ясно, что наибольшее давление внутри пузырька меньше, чем над плоской поверхностью воды, где оно равно атмосферному. Чем водная поверхность кривее, т. е. чем меньше радиус пузырька, тем ниже максимальное давление пара. Например, внутри пузырька радиусом 0,01 мкм давление насыщающего пара при 100˚С равно 750 мм рт. ст. вместо 760 мм рт. ст.

 

Отсюда следует, что кипение воды, вообще говоря, должно наступать не при теоретических 100˚С, а при более высокой температуре, т. е. когда пар в воде создаст более высокое давление, равное атмосферному.

 

Вода, из которой предварительным кипячением выгнан весь растворенный в ней воздух, запаздывает поэтому с кипением: кипение начинается позднее; зато, начавшись, оно протекает очень быстро, с большим выделением пара и быстро доводит воду до нормальной температуры кипения (100 ˚С) вследствие усиленного расхода теплоты на парообразование.

 

Иначе протекает кипение в воде сырой, содержащей в растворе воздух. Так как растворимость газов с повышением температуры уменьшается, то избыток воздуха должен из нагреваемой воды выделиться. Он и выделяется в виде пузырьков. Первые пузырьки, появляющиеся в нагреваемой сырой воде, заключают не водяной пар, а воздух. С внутренней их поверхности начинают затем освобождаться и молекулы водяного пара. Надо помнить, что всего более затруднено появление в воде первых, самых мелких пузырьков пара, так как давление насыщенного пара в мельчайших пузырьках особенно понижено. Когда трудности рождения миновали, т. е. когда пузырьки так или иначе уже появились, дальнейший процесс образования в них пара значительно облегчается, и пузырьки быстро разрастаются. Этим и объясняется то, что сырая вода, содержащая в растворе воздух, не запаздывает с кипением, как вода кипяченая.

 

Воду, из которой по возможности удален растворенный в ней воздух, удалось (Максвеллу) при известных условиях перегревать под нормальным давлением до 180˚С. При еще более тщательном удалении воздуха можно было бы, вероятно, нагреть воду еще сильнее, оставляя ее жидкой. Это дало повод одному физику (Грове) утверждать, что «никто еще не наблюдал кипения вполне чистой, не содержащей воздуха воды».

Категория: Видео-опыты (физика) | Добавил: Batan1st (31.10.2015)
Просмотров: 8737 | Рейтинг: 0.0/0