Откуда в кипящей воде пузыри?

Откуда в кипящей воде пузыри?
Откуда в кипящей воде пузыри?

Появление быстро лопающихся, бурлящих пузырей на поверхности указывает нам на то, что вода закипела. Стоит разобраться, что такое кипение, из каких фаз оно состоит и почему в воде образуются пузыри.

Что такое кипение?

Кипение – это процесс активного образования пара, который происходит внутри и на поверхности жидкости. Он может возникать только при условии определенного давления и температуры жидкости.

Вопреки распространенному мифу, соль не ускоряет кипение, а лишь увеличивает количество пузырьков - создает много парообразовательных центров
Вопреки распространенному мифу, соль не ускоряет кипение, а лишь увеличивает количество пузырьков – создает много парообразовательных центров

Исходя из этого, температура, при которой закипает жидкость, называется ее температурой или точкой кипения. У всех веществ данный показатель разный. Например, вода кипит при 100℃, спирт – при 78℃, ртуть – при 357℃.

Интересный факт: в горах вода будет закипать быстрее. Это связано с понижением атмосферного давления с высотой. Так, на высоте 9000 м над уровнем моря вода начнет кипеть при температуре 75℃.

Фазы кипения

Самый простой пример кипения – постепенное нагревание кастрюли с водой на кухонной плите. В скором времени можно заметить множество мелких пузырьков, которые поднимаются на поверхность. Они состоят из воздуха, газов, которые присутствуют в воде. Если кастрюля накрыта крышкой, на ней изнутри появится пар. Это значит, что жидкость нагревается – первая фаза (60-75℃).

Логично, что на самом дне емкости вода будет нагреваться быстрее, так как ближе всего находится к источнику тепла. Срабатывает режим конвекции: нагретая жидкость поднимается вверх, а более прохладная – опускается вниз. Происходит смешивание воды.

Интересно:  Почему хурма после заморозки перестает вязать?
Стадии кипения воды
Стадии кипения воды

Далее нижний слой жидкости начинает понемногу испаряться – вторая фаза (75-90℃). Этот процесс сопровождается характерными звуками в виде жужжания, отрывистых гудков и т.п. Исходят они как раз из лопающихся в массе воды пузырей, которые уже стали намного крупнее. Поднимаясь со дна кастрюли, они соприкасаются с холодной водой и пар внутри пузырька конденсируется.

Если подача тепла не прекращается, вся вода становится примерно одинаковой температуры, начинается третья фаза. Теперь пузыри не конденсируются, могут свободно достигать поверхности и взрываться там. До этого момента шум воды нарастает, а затем начинает стихать. Лишь сейчас можно говорить о том, что жидкость кипит (100℃).

Интересно, что в бытовых условиях невозможно перейти к следующей фазе. Температура кипения достигнута, и вода будет просто испаряться. Но, например, в лаборатории можно продолжить повышение температуры с помощью горелки. При этом количество пузырьков станет настолько огромным, что все вместе они образуют столбы пара.

В данном случае говорят о пузырьковом кипении. Последующий нагрев запускает переходный режим. Что интересно, чем сильнее при этом повышается температура, тем медленнее происходит передача тепла воде. Дело в том, что на дне кастрюли формируется слой пара, который хуже передает тепло.

Эффект Лейденфроста
Эффект Лейденфроста

Постепенно он становится сплошным. Запускается фаза пленочного кипения – вода над слоем пара получает тепло очень медленно. Яркий пример этого явления – капля воды, пролитая на очень хорошо разогретую сковородку. Если температура емкости превышает температуру кипения воды, то капля не испарится мгновенно, а свернется в шарик и сможет просуществовать около минуты.

Интересно:  Как и из чего делают газировку? Описание, фото и видео

Данное явление описано немецким ученым Иоганном Готлобом Лейденфростом в 1756 г., поэтому сейчас оно так и называется – эффект Лейденфроста. Секрет бегающих по сковороде капель довольно прост. Попадая на разогретую поверхность, нижняя часть капли мгновенно испаряется и образует слой пара, который изолирует остальную жидкость на некоторое время.

Почему в кипящей воде образуются пузыри?

Что же вызывает появление пузырей в кипящей воде? В емкости имеются микроскопические трещины и впадины. Они служат центрами парообразования. Именно на этих шероховатых участках разрушаются водородные связи между молекулами.

Интересный факт: в отличие от воды, молоко во время закипания начинает интенсивно «убегать» из емкости. Так происходит из-за наличия в его составе длинных полимерных молекул, которые цепляются друг к другу и образуют пленку на поверхности. Тем временем, в процессе кипения формируются пузырьки, поднимаются вверх, но они не лопаются из-за пленки и копятся.
Быстро убегающая молочная пенка - множество накопившихся пузырьков под пленкой
Быстро убегающая молочная пенка – множество накопившихся пузырьков под пленкой

Наружу высвобождается определенный объем пара. Пузырек постепенно увеличивается и отрывается от поверхности, однако на его месте образуется новый. Если поверхность емкости очень гладкая, вода может нагреться до 100℃, но так и не перейдет в стадию кипения. Такую жидкость называют перегретой. Она может вскипеть мгновенно в случае попадания примесей или толчка посуды.

Пузыри в кипящей воде – это растворенный в ней воздух. Его молекулы собираются в центрах парообразования, которыми служат микротрещины на дне емкости. Постепенно пузыри увеличиваются в размерах, отрываются от дна и лопаются на поверхности, а на их месте возникают новые.

Поделиться:
guest
0 Комментарии
Встроенная обратна связь
Просмотр всех комментариев