Кипения

Кипения воды

Кипения - процесс парообразования в жидкости (переход вещества из жидкого в газообразное состояние), с возникновением границе раздела фаз. Температура кипения при атмосферном давлении приводится обычно как одна из основных физико-химических характеристик химически чистого вещества.

Кипения является фазовым переходом первого рода. Кипения происходит гораздо интенсивнее, чем испарение с поверхности, из-за образования очагов парообразования, обусловленных как достигнутой температурой кипения, так и наличием примесей [1].

На процесс образования пузырьков можно влиять с помощью давления, звуковых волн, ионизации. В частности, именно на принципе вскипания микрообъемов жидкости от ионизации при прохождении заряженных частиц работает пузырьковая камера.

Кипячение - нагрев жидкости (обычно воды) до температуры кипения. Физический способ дезинфекции.


Термодинамика

Кипения возможно, если давление насыщенного пара жидкости равно внешнему давления. Поэтому данная жидкость, находясь под этим внешним давлением, кипит при вполне определенной температуры. Обычно температуру кипения приводят при атмосферном давлении. Например, атмосферного давления вода кипит при 373 К или 100 ? С.

Кипения жидкости начинается при условии, что:

p_n = p_0 + \ rho g h + \ frac {2 \ sigma} {R} ,
где p_n - Давление насыщенного пара внутри пузырька,
p_0 - Внешнее давление,
\ Rho g h - гидростатическое давление,
\ Frac {2 \ sigma} {R} - Дополнительное давление, связанное с кривин поверхности пузырька,
R - Радиус пузырька жидкости,
h - Расстояние от ее центра к поверхности жидкости,
\ Rho и \ Sigma - Плотность и коэффициент поверхностного натяжения жидкости [2].

Пузырьки, образующиеся при кипении жидкости, легче всего возникают с воздуха или других газов, обычно присутствующих в жидкости. Такие пузырьки - центры кипения - чаще прилипают к стенкам сосуда, поэтому кипения раньше начинается у стенок. Но если жидкость свободна от газов, то образование в ней пузырьков пара затруднено. Такую жидкость можно перегреть, то есть нагревать выше температуры кипения без того, чтобы она вскипела. Если в такую ​​перегретую жидкость ввести ничтожно малое количество газа или твердых частиц, к поверхности которых прилипло воздуха, то она мгновенно и очень бурно закипает. Температура жидкости при этом падает до температуры кипения. Подобные явления могут служить причиной взрыва паровых котлов, и их следует предупреждать.

Температура кипения

Температура кипения (точка кипения) - характерный признак жидкости.

Низкая температура кипения у жидкого гелия (4,215 К); водород кипит при 20 К, цинк - за 1179 К, железо - за 3 145 К. Из простых веществ самая высокая температура кипения в рения - 5900 К, вольфрама 5 640 К и титана - 5560 К.

Применение

Различные температуры кипения различных веществ применяются в технике для разгона смесей, компоненты которых существенно различаются по температуре кипения, например для разгонки нефтепродуктов. При увеличении давления, под которым находится жидкость, ее температура кипения повышается, при уменьшении давления - снижается. Поэтому например, на вершине горы Эверест вода кипит при температуре 72 ? С.


Примечания

  1. Перегретая жидкость - slovari.yandex.ru/dict/gl_natural/article/2574/257_4407.HTM
  2. Яворский Б. М., Селезнев Ю. А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. - 4-е изд., Испр. - М.: Наука. - Гл. ред. физ-мат. лит., 1989-576 с. - ISBN 5-02-014031-7

См.. также