Почему вода кипит в вакууме: Кипение жидкости в вакууме при разных показателях давления

Кипение жидкости в вакууме при разных показателях давления

Всем известно, что вода закипает при температуре 100 градусов по Цельсию. Но мало кто задумывается, что такая температура кипения воды свойственна при нормальном атмосферном давлении, которое составляет 760 мм рт. ст. А ведь такой показатель, как точка кипения воды зависит от двух параметров – давления и температуры. При изменении одного фактора соответственно меняется второй.

Точка кипения воды в вакууме

Чтобы понять, какими особенностями отличается кипение воды в вакууме, для начала нужно разобраться, что это такое – процесс кипения жидкости как физическое явление. Интенсивное изменение агрегатного состояния жидкости с переходом её в пар, при определённой температуре и давлении, с формированием пузырьков по всему объёму жидкости, в молекулярной физике называют кипением.

Так как вакуум – это закрытое пространство, в котором находиться газ под давлением, значительно ниже атмосферного, температура кипения воды так же изменяется в меньшую сторону. Разреженная среда способствует понижению температуры кипения. Например, понижение давления до 529 мм рт. ст. позволит закипеть воде при температуре всего 90° С. А чтобы преобразование жидкости в пар началось при комнатной температуре, необходимо в закрытом резервуаре с водой создать разряжение, например с помощью вакуумного насоса, до 20 мм рт.ст.

Практическое применение

На практике, такая особенность вакуума, а точнее его пониженного давления очень хорошо проверяется при подъёме в горы. На высоте 4 км над уровнем моря, атмосферное давление настолько ниже нормы, что температура кипения воды составляет всего 87° по Цельсию.

В разных отраслях промышленности, в лабораторных комплексах, в медицине и многих видах производства очень широко распространена технология вакуумной сушки. Из-за низкой точки кипения, и как результата – испарения воды, в специальных сушильных шкафах, после закладки материала, создаётся вакуум и повышается температура. Этот метод сублимированной сушки, основанный на особенностях кипения воды в вакууме, используют при пробоподготовке, проведении анализов, вулканизации, лёгком обжиге и многих других процессах, связанных с дегидратацией.

почему вообще кипит в таких условиях, при какой температуре и давлении закипает (данные в таблице)?

Что считать вакуумом?

Слово «вакуум» означает абсолютную пустоту, или пространство, свободное от вещества. Когда нет вещества, нечему и кипеть.

В науке и технике под ним понимают пространство, где давление значительно ниже атмосферного.

Критерием глубины вакуума является степень разрежения. Она определяется отношением давления в объеме к величине атмосферного. Единица измерения, принятая международной системой мер – Паскаль, но применяются и другие.

Нормальное атмосферное давление, измеренное на уровне моря, принято равным 760 мм ртутного столба, или 101325 Па. Например, разрежение, при котором давление равно 100 Па, считается низким,  0,00001 Па – высоким.

Как кипит h3O в таких условиях?

В любом сосуде, заполненном водой, всегда присутствуют частички воздуха. Они остаются на микроскопических трещинах, имеющихся на стенках емкости. По мере нагрева пузырьки увеличиваются, и становятся видимыми невооруженным взглядом, особенно на стенках сосуда и его дне. По сути, это капли насыщенного пара, растворенные в воде.

На определенном этапе пузырьки под действием силы Архимеда начинают выталкиваться наружу. Вода бурлит, но еще не кипит. Это связано с тем, что нагрев происходит неравномерно.

Когда температура на дне сосуда уже достигла 100 °C, а на поверхности воды ещё нет, сила поверхностного натяжения и атмосферное давление препятствуют выходу частиц за пределы емкости. Они возвращаются назад, теряя температуру.

Когда степень нагрева поверхностного и придонного слоя выравнивается, вещество закипает. В вакууме частицам легче покинуть объем сосуда. Этому препятствует только поверхностное натяжение, поэтому кипение начинается при более низкой температуре.

Почему может кипеть при отрицательных температурных значениях?

Когда среда разрежена, вода закипает раньше. Кипение начнется, как только разрежение достигнет величины, при которой температура кипения становится меньше температуры окружающей среды.

Ниже в таблице приведены округленные данные зависимости температуры кипения от давления.

Вода, отдавая пар, остывает. Он конденсируется и возвращается обратно в жидкое состояние. При дальнейшей откачке воздуха разрежение становится таким, что h3O мгновенно вскипает.

Температура понижается до отрицательной, водяной пар кристаллизуется, образуя лед. Поскольку это сопровождается увеличением объема, образованию льда препятствует внешнее давление.

Чем оно меньше, тем раньше образуется лед. Поэтому, даже при низком разрежении вода неизбежно превратится в пар, затем в лед.

Как быстро закипает?

Все зависит от степени разрежения. При недостаточной откачке воздуха холодная вода кипеть не будет.

Как только его станет меньше, она начнет переходить в паровую фазу.

Происходить это будет длительное время из-за конденсации. Теоретически можно достичь динамического равновесия, когда скорость испарения и скорость конденсации водяного пара равны.

При высоком разрежении закипание наступит практически мгновенно. Затем пар кристаллизируется из-за понижения температуры до отрицательного значения. Этот процесс тоже не займет много времени. Теплопроводность пара значительно выше, чем у воды, остывает он быстрее.

Полезное видео

Наглядно кипение воды в вакууме представлено в видео:

Заключение

Исследования поведения воды в условиях разреженного воздуха очень важны. К примеру, в освоении космического пространства. Там процессы происходят в безвоздушной среде, атмосфера как таковая отсутствует. Есть и другие области деятельности человека, где без таких знаний не обойтись.

ПРИ КАКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ КИПИТ ВОДА?

ВАКУУМ

Онечно, при 100° по Цельсию, ответит каждый из нас. Отвечая так на этот вопрос, мы часто забываем, что наш ответ верен только для воды, находящейся под давлением воздуха на поверхности земли.

Кипение жидкости наступает тогда, когда давление пара над ней становится равным давлению воздуха или другого газа, находящегося над поверхностью жидкости. Темпера­тура кипения, следовательно,—переменная величина и зави­сит она от давления, под которым находится жидкость. Сто­ит поместить жидкость в разреженное пространство, как температура ее кипения понизится.

Поднимемся на вершину горы Казбек (5043 м выше уров­ня моря), где давление воздуха равно 405 мм ртутного стол­ба, и попробуем измерить температуру «кипятка» — термо­метр покажет только 83°. В разреженном пространстве можно получить и совсем «холодный» кипяток. Например, при давлении в 17,5 мм ртутного столба вода будет кипеть при 20°. Это будет действительно «холодный» кипяток.

В химической, пищевой и других отраслях промышлен­ности иногда приходится выпаривать огромные количества жидкостей. Такое выпаривание особенно эффективно в вакууме. В некоторых случаях возможность быстро выпари­вать воду при низкой температуре имеет решающее значение: предохраняется от разложения растворенный продукт. При выпаривании в вакууме молока, фруктовых и ягодных соков, дрожжей, органических красителей сохраняются их важ­нейшие свойства.

На молочном заводе вакуум применяется не только для выпаривания молока и его сушки, но и для того, чтобы в моло­ко и продукты его переработки не попали загрязнения при перекачке. Чтобы из одного чана подать молоко в другой или в автоцистерну, создается вакуум и молоко само устрем­ляется в нужном направлении.

Используется вакуум и на консервном заводе. Чтобы убить бактерии, попавшие при упаковке в консервную бан­ку, ее нагревают и выдерживают при повышенной темпера­туре. Если в банке перед укупоркой останется воздух, при прогреве он расширится и может разорвать банку. Чтобы этого не случилось, перед укупоркой банку вакуумируют.

Наиболее совершенный способ сохранения продуктов в свежем состоянии состоит в быстром их замораживании и затем высушивании — вымораживании влаги под вакуумом. Это наиболее прогрессивный способ консервирования пище­вых продуктов.

Можно ли создать вакуум без насоса? Да, можно. Чтобы получить вакуум без насоса, нужно часть газа путем силь­ного охлаждения превратить в жидкость.

Такой прием используется при выпаривании в вакууме. На рис. 30 изображена выпарная установка сахарного заво­да, которая состоит из нескольких, обычно трех, последова­тельно соединенных аппаратов. Первый из них обогревает­ся паром, поступающим из котельной, второй — паром пер­вого, третий — паром второго. В первый аппарат поступает предварительно упаренный сироп, прошедший второй и тре­тий аппараты. Сироп кипит, часть воды из него испаряется,

И, когда концентрация станет достаточной, сироп выпускают для кристаллизации сахара или проводят процесс кристал­лизации в самом аппарате. Полученную смесь патоки и кристаллов выпускают для дальнейшей обработки. Пар из третьего аппарата поступает в конденсатор, где охлаж­дается водой и конденсируется. При конденсации пара соз­дается вакуум, под которым и находится сироп в третьем корпусе выпарки. От величины вакуума зависит температу­ра кипения сиропа в корпусах выпарки. Так как в аппараты выпарки может проникать воздух, для поддержания вакуу­ма к конденсатору присоединен вакуум-насос. Образовавшая­ся в конденсаторе вода по мере ее накопления стекает по ба­рометрической трубке, степень заполнения которой водой определяется величиной вакуума. В каждом из выпарных ап­паратов раствор кипит при пониженной температуре, так как давление в них ниже атмосферного. Это позволяет лучше использовать тепло греющего пара.

В химической промышленности в вакууме производится не только выпаривание, но сушка и кристаллизация многих продуктов.

В любой отрасли промышленности мы увидим использо­вание вакуума. Многие читатели, наверное, не слышали, что даже при производстве кирпича вакуум может сыграть важную роль. В кирпичном производстве есть вид брака, который образно называется «драконов зуб». При этом кир­пич выходит из пресса с рваной кромкой. Зависит это от свойств глины, и избавиться от такого вида брака трудно. И здесь помогает вакуум! Стоит создать вакуум в камере кир­пичного пресса, как брак прекращается. Это происходит потому, что из глины удаляются пузырьки воздуха, глиня­ная масса делается более плотной и связной и лучше формуется.

Вакуум-прессы широко применяются в керамической промышленности, где требования к обработке пластичной массы особенно высоки.

металлургии также начали широко использовать вакуум, что сулит значительное повышение качества металлов. Из доменной печи выпускается огненная струя рас­плавленного чугуна. Заполняется огромный ковш, вмещаю­щий десятки тонн металла, ковш подается к разливочной ма­шине. Искры, шипение воды, шум механизмов, и вот уже бесконечная цепь тянет формы-изложницы с еще огненно — красным, но постепенно тускнеющим, застывающим чугу­ном. На другом конце машины из форм извлекается чугун­ный брусок — чушка. Та же картина у мощной мартеновской печи. Здесь сталь, сверкая всеми оттенками — от осле­пительно белого и до оранжево-красного, разливается в огромные изложницы, застывает в слиток, который пойдет на мощный прокатный стан, будет обжат, вытя­нут, прокатан и превратится в сотни метров балок или рельсов.

Но что это? После того как на получение стали затрати­ли столько сил — плавили, разливали, охлаждали, вновь разогревали, прокатывали,— готовые рельсы отбрасывают в сторону и отправляют обратно в мартен для переплавки вместе с ржавым ломом.

Это брак! Тонкие — размером тоньше волоса — трещи­ны, пузырьки, каверны оказались в отливке в недопустимом количестве, и готовое изделие забраковано, оно не может надежно работать.

В чем дело, где причина брака? Оказывается, основной причиной самых различных пороков стали являются раство­ренные в металле газы. Когда металл плавят, в печи проис­ходит ряд сложных процессов, которые в некоторых случа­ях сопровождаются выделением больших количеств газов. Некоторое количество газов остается в расплавленном метал­ле. При охлаждении, когда расплавленный металл застыва­ет в прочный и плотный слиток, газы остаются в нем, созда­вая дефекты. В стали могут быть растворены водород, азот, кислород. Их количество по весу невелико. Водород, напри­мер, содержится в количестве около 0,001%; но по объему это составляет 4—10 куб. см при обычном давлении на каж­дые 100 граммов стали. Водород заполняет небольшие пус­тоты в стальном слитке. В процессе охлаждения металл сжимается и в пространстве, заполненном газом, может раз­виться высокое давление, достигающее нескольких тысяч

Атмосфер. Такое давление образует в металле мелкие тре­щины — флокены. Металлурги давно борются со своим вра­гом — газами, растворенными в чугуне, стали и других металлах. Чтобы уменьшить их количество, в металл при плавке вводятся различные вещества, которые могли бы связать газы химически. В сталь добавляют с этой целью алюминий, кремний, титан и другие вещества, но это не проходит даром. Образуются неметаллические соединения, которые понижают качество металла, даже если содержатся в сотых долях процента.

И здесь при помощи вакуума металлургам удалось повы­сить качество металла. Если ковш с расплавленной сталью поместить в вакуум, из нее бурно начнут выходить газы. В вакууме резко уменьшается растворимость газов в металле. Качество отливок возрастает.

Разработанные советскими учеными способы краткосроч­ной дегазации стали непосредственно в ковшах и изложни­цах уменьшают содержание в ней газов в несколь­ко раз.

В вакууме не только удаляются примеси газов, но и во время отливки и остывания металл предохраняется от дей­ствия активных газов, прежде всего кислорода.

Высококачественные хромомолибденовые сплавы для лопаток турбин и никелевые сплавы для радиоаппаратуры плавят в вакууме, чтобы избежать окисления.

Особенно велико значение дегазации под вакуумом для специальных сталей. Подшипники из вакуумированной стали служат в три-четыре раза дольше, чем из обычной. Уменьшаются потери электроэнергии в магнитных сталях для сердечников трансформаторов. Уменьшается основной дефект жаропрочных сталей — хрупкость. Увеличивается химическая стойкость нержавеющих сталей. Одно перечис­ление преимуществ, которые дает применение вакуумирова — ния при плавке металлов, говорит о высокой эффективности этого процесса.

Для вакуумной плавки качественных сталей созданы ин­дукционные печи, в которых весь процесс, включая разлив­ку, идет в вакууме. Печь целиком помещена в герметически закрывающийся кожух, соединенный с мощными вакуум-насосами.

Большой практический интерес представляет не только плавка в вакууме, но и перегонка металлов в ваку­уме.

Ы ежедневно наблюдаем, как испаряются жидкости. Вы наливаете на ладонь несколько капель эфира, взмах рукой — появляется ощущение холода, и жидкость исчезает, испаряется, в воздухе распространяется запах эфира. Молекулы эфира распределились между молекулами газов воздуха.

Трудно себе представить, что подобно эфиру может ис­паряться сталь или другие прочные и устойчивые металлы. И действительно, сколько бы при обычной температуре мы ни держали на воздухе стальную пластинку, ее вес не умень­шится, если, конечно, воздух будет сухим и будет исклю­чена возможность ржавления. Однако можно создать та­кие условия, при которых даже наиболее тугоплавкие метал­лы будут постепенно испаряться. Обратите внимание на ста­рую перегоревшую электролампу. Поверхность ее стеклян­ного баллона изнутри покрыта темным металлическим нале­том. Откуда он мог взяться? Ведь в лампе есть только нить из весьма тугоплавкого и стойкого металла вольфрама. Ана­лиз показывает, что этот налет и состоит из вольфрама, испа­рившегося при накаливании нити и осевшего на холодной поверхности стеклянного баллона, совсем так же, как водя­ной пар, попадая на холодную поверхность, конденсируется и поверхность запотевает.

При высокой температуре металлы испаряются так же, как вода или эфир при комнатной температуре. Конечно, нужна весьма высокая температура, чтобы испарение было заметным.

Сравнительно легко летучими металлами являются цинк, магний, хром и некоторые другие. Так, давление пара

1 • 10″»2 мм ртутного столба достигается для цинка при 350°, магния при 439°, хрома при 917°. В то же время железо при 750° имеет давление паров только 1 • 10~8 мм ртутного столба, а вольфрам имеет такое же давление пара при температуре свыше 2100°.

Возможность испарения металлов в вакууме широко при­меняется в современной технике. Это свойство используется для нанесения на поверхность металлов защитных покрытий из металлического хрома. Кто из вас не любовался серебри­стым блеском покрытия деталей автомашин, не тускнеющих на дожде и на солнце, прочных и красивых. Это покры­тие— тонкая пленка металлического хрома.

Пленка хрома может наноситься при помощи электро­лиза, однако использование вакуума способствовало рас­ширению применения так называемого термохромирования. При этом способе детали и измельченный хром с определен­ными добавками помещаются в печь. Печь наполняют газо­образным хлором, затем начинают нагрев. Хлор поглощает­ся добавками, и в печи образуется вакуум. Хром начинает испаряться и откладываться тончайшим слоем на поверх­ности деталей.

Вакуумный метод термохромирования упрощает подго­товку деталей к покрытию, сокращает расход хрома, упро­щает оборудование. Когда нужен металл высокой чистоты, вакуум помогает удалить следы примесей различных ве­ществ, например, в магнитных, жароупорных, нержавею­щих сталях. Высокий вакуум необходим для удаления лег­колетучих примесей (свинца, кадмия, висмута) из меди.

Для получения чистых легколетучих металлов приме­няется плавка и дистилляция в высоком вакууме. Так же как перегоняют спирт, чтобы увеличить его крепость и отделить от примесей, перегоняют, например, ртуть, цинк, кадмий, а иногда и магний.

Даже кремнекислота, составляющая такой, казалось бы, стойкий материал, как кварцевый песок, заметно испаряется в высоком вакууме. А хром настолько летуч в высоком ва­кууме, что интенсивно испаряется, еще не расплавившись.

Перегонка в вакууме позволяет получить чрезвычайно чистые металлы. Удается получить алюминий, более чистый, чем при электролизе, с содержанием железа менее одной тысячной процента. Известно, что алюминий легко окисляет­ся на воздухе, тем более активна пленка алюминия, получен­ная при перегонке, и только высокий вакуум предохраняет металл от окисления. Такова же роль вакуума и при плавке молибдена. Только в печи с высоким вакуумом удалось рас­плавить без окисления этот тугоплавкий металл, плавя­щийся при температуре свыше 2600° С.

Применение вакуума в металлургии привело к развитию техники получения вакуума в больших объемах и с большой скоростью. Увеличение производительности насосов позво­ляет размещать в вакуумируемом пространстве все более крупное оборудование.

В настоящее время уже созданы печи для единовремен­ного расплавления 1 тонны стали при вакууме 1-10″2—

1 • 1СГ3 мм ртутного столба.

Формовка и литье под вакуумом дают весьма точные от­ливки.

Для применения вакуума в металлургии построены мас­ляные диффузионные насосы с диаметром входного отверстия 80 см и скоростью откачки 14 000 л! сек, при теоретической скорости до 60 000 л! сек.

Даже беглый обзор применения вакуума в металлургии показывает, что эта важнейшая отрасль техники широко ис­пользует возможности регулировать свойства газовой сре­ды, окружающей металл на всех этапах его «жизни» от плав­ки до обработки. Перспективы здесь еще более широки. Мощ­ные вакуум-установки скоро станут такой же неотъемле­мой принадлежностью металлургического завода, какой являются воздуходувные станции для подачи воздуха в печи.

М Ы познакомились с многочисленными свойствами «пус­того» пространства и убедились, что оно далеко не пус­тое. Однако свойства многих веществ, направление ряда важных технических процессов в большой степени изменя­ются в разреженном …

И Спользование вакуума в повседневной жизни распрост­ранено так широко, что мы этого подчас и не замеча­ем. Зайдем на колхозную молочную ферму — идет доение коров. К вымени каждой из них …

В Елико давление воздуха на все, находящееся на дне воздушного океана. На каждый квадратный сантиметр поверхности любого тела давит сила, равная примерно 1 кг. С тех пор как была определена …

Понижение температуры кипения в вакууме

    Многие органические вещества, имеющие высокую температуру кипения и разлагающиеся при этой температуре (или несколько ниже ее), можно с успехом перегонять при уменьшенном давлении. При снижении давления до 20 мм температура кипения большинства органических веществ снижается на 100—120°. При еще более высоком вакууме наблюдается еще большее понижение температуры кипения при вакууме порядка тысячных долей миллиметра ртутного столба можно перегонять вещества, в обычном представлении являющиеся нелетучими. Зависимость между давлением и температурой кипения для некоторых веществ графически изображена на [c.35]









    Благодаря понижению температуры кипения веществ в вакууме можно проводить перегонку веществ, разлагающихся при атмосферном давлении при температуре кипения. Схема установки для вакуумной перегонки приведена на рис. Е.31. Очень [c.506]

    Далеко не все нефтепродукты в обычных условиях (т. е. при давлении 760 мм рт. ст.) могут кипеть без нарушения своего состава. При 360—380° и выше почти все высокомолекулярные фракции нефти (начиная с соляровой и далее) разлагаются с образованием новых соединений. Поэтому в тех случаях, когда указанное разложение нежелательно (например, при перегонке мазутов на масла), для понижения температуры кипения приходится вести перегонку при пониженном давлении, т. е. под вакуумом. Зависимость температуры кипения от давления выражается для различных жидкостей кри-.выми, аналогичными показанным на рис. Х.13. Общий характер этих кривых таков, что нри давлениях, близких к атмосферному, температура [c.163]

    Во многих случаях для понижения температуры кипения раствора выпаривание ведут под вакуумом. При выпаривании под вакуумом нецелесообразно отсасывать из аппарата вакуум-насосом весь вторичный пар, так как на это расходуется много энергии. Процесс обычно ведут по схеме рис. 285. Вторичный пар поступает в конденсатор смешения или в поверхностный конденсатор (как показано на рисунке). В конденсаторе поддерживается давление, соответствующее температуре конденсации. Однако конденсирующийся пар всегда содержит некоторое количество воздуха и других неконденсирующихся газов, которые удаляют из конденсатора с помощью вакуум-насоса. [c.398]

    Перегонка в токе носителя. Понижение температуры кипения разделяемой смеси может быть достигнуто не только при перегонке под вакуумом, но также путем введения в эту смесь дополнительного компонент-носителя (водяного пара или инертного газа). [c.480]

    Вследствие пониженной температуры кипения растворов потери тепла в окружающую среду, а следовательно, и расход греющего пара, идущего на компенсацию этих потерь, будут в вакуум-выпарных аппаратах значительно меньше, чем в выпарных аппаратах, работающих под атмосферным давлением. [c.408]

    Ввод водяного пара в ректификационную колонну обусловлен желанием снизить температуру процесса, с тем чтобы избежать разложения нефтепродукта (перегонка мазута, тяжелых нефтяных остатков и т.п.). Температура кипения жидкости может быть снижена также понижением давления в аппарате путем создания вакуума. В нефтепереработке часто применяют оба этих способа понижения температуры кипения смеси. [c.158]

    Определим по графику понижение температуры кипения в вакууме при остаточных давлениях 100 и 5 мм рт. столба для фракции, [c.202]

    Кислород из воды удаляют нагревом ее до температуры кипения, при которой растворимость кислорода (а также и других газов) снижается до нуля. Применение вакуума приводит к понижению температуры кипения. [c.130]

    Простую перегонку проводят при атмосферном давлении или под вакуумом, присоединяя сборники дистиллята к источнику вакуума. Применение вакуума дает возможность разделять термически малостойкие смеси и, вследствие понижения температуры кипения раствора, использовать для обогрева куба пар более низких параметров. [c.480]

    Понижение температуры кипенИя жидкости, достигаемое уменьшением давления, способствует сохранению химической индивидуальности перегоняемого (вещества (рис. 34). Чем выше вакуум при перегонке вещества, тем ниже температура, при которой оно будет перегоняться, и тем больше уверенности в том, что оно не будет изменяться. [c.271]

    Понижение температуры кипения в вакууме имеет особое значение в области наиболее низких температур. Так, при максимальной скорости откачивания при помощи работающих на полную мощность диффузионных насосов удалось охладить жидкий гелий от т. кип. 4,22° до 0,71° К- Аналогично можно получить любую температуру вплоть до тройной точки 14° К (давление 54 мм [c.87]

    Антраценовое масло, кипящее в интервале 270—340 °С. Для понижения температуры кипения часто перегоняется под вакуумом. Содержит антрацен, фенантрен, карбазол и многоядерные углеводороды. [c.435]

    Для понижения температуры кипения смолы, кроме вакуума, применяют еще перегонку с перегретым водяным паром.  [c.147]

    Процессы химической технологии приходится часто осуществлять не под атмосферным или избыточным давлением, а в разреженной среде (в вакууме). Это диктуется во многих случаях условиями протекания химических реакций, необходимостью понижения температуры кипения термолабильных жидкостей, возможностью использования дешевых низкотемпературных теплоносителей и т. п. Остаточные давления Ро. используемые в химической технике, редко бывают менее, а в научных исследованиях — значительно ниже 1,35 мПа. Достигаемый вакуум принято выражать в процентах от нормального давления р , т. е. ра — Ро)/Ра 100%. [c.169]

    Синтетические душистые вещества (СДВ) по химическому строению являются многофункциональными, реакционноспособными соединениями. Даже при комнатной температуре они нестойки и нуждаются в особых условиях хранения. При нагревании скорости деструкции, полимеризации (осмоления) значительно увеличиваются. По этой причине простая перегонка в производстве СДВ почти не применяется. Для понижения температуры кипения термолабильных веществ применяют вакуум. В вакууме, как и при нормальном давлении, жидкость закипает, когда упругость паров ее начинает превышать остаточное давление в аппарате. [c.296]

    Экономичность процесса ректификации достигается при использовании различных приемов понижения температуры кипения различных продуктов, например, за счет снижения давления в системе (перегонка в вакууме) и перегонки с водяным паром. [c.28]

    Она представляет собой вакуумный адиабатический калориметр и криостат. Последний состоит из двух сосудов Дьюара. В наружный сосуд заливается жидкий азот, а во внутренний — жидкий гелий или жидкий азот в зависимости от требуемого охлаждения. Жидкий азот в наружном сосуде находится при атмосферном давлении, а во внутреннем создается вакуум для понижения температуры кипения сжиженного газа. [c.59]

    Перегонка под вакуумом и перегонка с водяным паром применяется для разделения смесей, состоящих из труднолетучего вещества, содержащего примеси нелетучего вещества. Разделение достигается понижением температуры кипения труднолетучего компонента. [c.503]

    В разреженном пространстве все жидкости кипят при более низких температурах, чем при атмосферном давлении. Это дает возможность уменьшить величину поверхности теплообмена в вакуум-выпарном аппарате, так как при пониженной температуре кипения достигается значительно большая разность температур между греющим паром и кипящим, раствором. При выпаривании в вакууме можно использовать пар низкого давления, что очень важно, когда имеется отработанный (мятый) пар. [c.398]

    Указанная реакция разложения протекает частично уже при попытке подвергнуть перегонке молочную кислоту при высокой температуре. Для понижения температуры кипения кислоты эту операцию проводят только в вакууме. [c.175]

    Наряду с применением вакуума, для разделения высококипящих продуктов, не растворимых в воде, применяется ректификация в токе водяного пара. Этот прием удобен при разделении смеси, отличающейся высоким значением коэффициента относительной летучести и высоким давлением паров низкокипящего компонента. Проведение ректификации такой смеси под вакуумом (для понижения температуры кипения вещества в кубе) может привести к значительным потерям низкокипящего продукта, конденсируемого при пониженном давлении. [c.489]

    Наконец за счет пониженной температуры кипения в вакуум-выпарных аппаратах потери тепла в окружающую среду, [c.285]

    Вакуум-насосы используют в выпарных установках для понижения температуры кипения раствора, в конденсационных, фильтровальных и сушильных установках. [c.181]

    В вакууме кислота (как и всякая жидкость) кипит при более низкой температуре, чем при атмосферном давлении. Из рис. 14-7 видно, что, например, 95%-ная серная кислота, кипящая под атмосферным давлением при 300 °С, под давлением 4 лш рт. ст. кипит уже при 120 °С. Такая температурная депрессия (понижение температуры кипения) позволяет сохранить большую разность температур между упариваемой кислотой и теплоносителем. Кроме того, при более низкой температуре кислота и ее пары вызывают меньшую коррозию аппаратуры. Наконец, в вакууме значительно уменьшаются потери Н ЗО . [c.384]

    Перегонка с паром понижает температуру кипения перегоняемой фрак . Кроме того, вызывая энергичное размешивание, она тем самым позволяет избегнуть перегрева. Понижение температуры кипения фракций возрастает с количеством вводимого пара. Когда становится необходимым затрачивать слишком большие количества пара, то более целесообразным становится применение вакуума. В этом случае жидкость начинает кипеть тогда, когда упругость ее пара делается равной противодействующему давлению очевидно, что темре-ратура кипения будет тем ниже, чем ниже давление. [c.15]

    Перегонку в вакууме проводят во избежание разложения сырья из-за воздействия высоких температур. Снижение давления обеспечивает понижение температур кипения всех компонентов мазута. В результате при сравнительно низких температурах процесса перегонки, при которых еще не происходит крекинг, можно отобрать дополнительные количества дистнл-лятных фракций. Для удобства сопоставления температура кипения этих фракций пересчитывается на атмосферное давление. При вакуумной перегонке сырье целесообразно нагревать до максимально возможной допустимой температуры, чтобы достичь высокой доли отгона. Это уменьшает общий расход тепла и расход тепла в нижнюю часть колонны, где находится термически нестабильный остаток перегонки. [c.34]

    Однако на первый взгляд эта идея практически неосуществима. В самом деле, Н2304 при обычных условиях кинит с разложением при 335, а этилсер-пая кислота разлагается (вне условий катализа) при 160—170 °С [11]. Следовательно, при атмосферном давлении реакция между этиленом и серной кислотой в паровой фазе невозможна. Для понижения температуры кипения,, а следовательно, и температуры паров Н28 04 можно было бы использовать вакуум но даже в вакууме вряд ли удалось бы найти условия существования моноэтилового эфира серной кислоты, так как в результате применения железа в качестве материала для реакционной аппаратуры можно ожидать понижения температуры разложения этилсерной кислоты, как и в присутствии Си, Ag, N1, когда распад этилсерной кислоты начинается уже при 100 °С. [c.28]

    Перегонку в вакууме применяют для разделения высококипя1ЦИХ углеводородов (керосинов, смазочных масел, твердых парафинов и др.). Это вызвано необходимостью понижения температуры кипения углеводородов, чтобы избежать их разложения. Кроме того пере-гонка в шкууме применяетсйУ( кций низкокипящих углеводородов с целью увеличения относительной летучести смеси углеводородов. [c.23]

    Основное преимущество выпаривания под разрежением (под вакуумом) — снижение температуры кипения раствора, что существенно для веществ, которые при более высоких температурах подвержены каким-либо нежелательным превращениям (термическое разложение, окисление, осмоление, значительное отложение твердых веществ на горячих кипятильных поверхностях и т. п.). Кроме того, понижение температуры кипения инте-сифицирует процесс передачи теплоты, так как разность температур между греющим паром и кипящим раствором при этом увеличивается. [c.310]

    При нагревании охлаждающей воды происходит выделение солей и образование накипи на внешней стороне змеевиков. Очистка от накипи — операция трудоемкая и малоэффективная. Чтобы избежать накипеобразова-ния, применяют вакуумные испарители. Создание глубокого вакуума приводит к понижению температуры кипения воды до 50° С и ниже, при которой выпадения солей из воды не происходит. [c.124]

    Наконец, за счет пониженной температуры кипения в вакуум- выпарных аАпаратах потери тепла в окружающую среду, а стало быть ] и расход греющего пара, идущего на компенсацию этих потерь, будут значительно меньше, чем при простом выпаривании. м [c.347]

Температура кипения воды в обычных условиях, в горах при низком давлении, вакууме

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.

Не забудь поделиться с друзьями!

Содержание статьи

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.

Температура кипения воды в обычных условиях, в горах при низком давлении, вакууме

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.

Загрузка…

Опыты по физике «Кипение воды при комнатной температуре»

Кипение воды при комнатной температуре
Данный опыт позволяет увидеть кипение воды при комнатной температуре.
Оборудование и материалы
Прозрачный пластиковый шприц без иголки на 15 – 20 мл, вода и кусочек пластилина.
Выполнение опыта
Наберите воду в шприц, чтобы она заняла примерно половину его объема. Двигая поршень вверх, выдавите пузырек воздуха из шприца. Закройте отверстие шариком из пластилина. Теперь потяните с силой поршень вниз. Вода в шприце закипит!

Что происходит
   Для начала вспомним, что кипением называется процесс парообразования во всем объеме жидкости. При нормальном атмосферном давлении (примерно 100 тысяч паскаль) вода закипает при 100⁰ С. При снижении давления над поверхностью воды пузырьки могут образовываться и при меньших температурах. Если давление насыщенных паров внутри пузырька больше, чем снаружи, он растет и выталкивается вверх силой Архимеда. Давление снаружи пузырька складывается из: давления воздуха на поверхность воды, давления столба жидкости и давления пленки воды, образующей пузырек. В данном опыте мы уменьшили давление воздуха на поверхность, что привело к кипению.
Проявление и использование явления в жизни
1. Глубоководное погружение

   При дыхании воздухом на уровне моря в 1 мл крови содержится 0,011 мл физически растворенного азота. На глубине 40 м человек дышит воздухом, давление которого в пять раз превышает атмосферное, значит в 1 мл крови будет содержаться в 5 раз больше азота. При быстром всплытии кровь и ткани тела могут удержать только 0,011 мл  в 1 мл крови. Остальное количество азота переходит из раствора в газообразное состояние. Пузырьки азота в крови могут закупорить мелкие сосуды тканей организма. Это состояние называется газовая эмболия. В зависимости от локализации газовой эмболии (сосуды кожи, мышц, центральной нервной системы, сердца и др.) у человека возникают различные расстройства (боли в суставах и мышцах, потеря сознания), которые в целом называются «кессонной болезнью».
  Чтобы спасти человека от гибели его надо немедленно поместить в барокамеру, давление в которой делают таким же, как на глубине. Пузырьки азота растворяются, и человек чувствует себя лучше. Затем медленно понижают давление (декомпрессия), чтобы «лишний» азот успел выйти из крови путем естественного газообмена через легкие.

2. Скороварка

  Чтобы приготовить быстрее некоторые продукты, например мясо, используют скороварку. Это устройство внешне напоминает кастрюлю, только крышка в ней прикручивается. Вода в таких устройствах кипит при 110⁰ С, так как давление паров внутри больше атмосферного. Такой метод приготовления ускоряет сам процесс, сохраняет многие химические и органические соединения полезные для организма, а также убивает большее количество микробов, которые содержатся в пище.
Вопросы:
1. Почему мясо не варят в обычных кастрюлях в горах?
2. Почему подъем аквалангиста с глубины 40 м длится не менее часа?
3. Почему пузырьки образуются, прежде всего на стенках шприца?

Стакан воды замерзнет или закипит в космосе?

Вот вопрос, над которым вы должны подумать: будет ли стакан воды замерзнуть или закипеть в космосе? С одной стороны, вы можете подумать, что в космосе очень холодно, намного ниже точки замерзания воды. С другой стороны, пространство — это вакуум, поэтому можно ожидать, что из-за низкого давления вода превратится в пар. Что происходит первым? В любом случае, какова температура кипения воды в вакууме?

Ключевые выводы: будет ли вода закипать или замерзать в космосе?

• Вода сразу закипает в космосе или любом вакууме.
• В космосе нет температуры, потому что температура является мерой движения молекул. Температура стакана с водой в космосе будет зависеть от того, находится ли он на солнечном свете, в контакте с другим объектом или свободно плавает в темноте.
• После того, как вода испарится в вакууме, пар может конденсироваться в лед или оставаться газом.
• Другая жидкость, например кровь и моча, немедленно закипает и испаряется в вакууме.

Мочеиспускание в космосе

Как оказалось, ответ на этот вопрос известен.Когда космонавты мочатся в космос и выпускают содержимое, моча быстро превращается в пар, который немедленно десублимируется или кристаллизуется непосредственно из газа в твердую фазу в крошечные кристаллы мочи. Моча — это не совсем вода, но со стаканом воды можно ожидать того же процесса, что и с отходами космонавтов.

Как это работает

Космос на самом деле не холодный, потому что температура является мерой движения молекул. Если у вас нет материи, как в вакууме, у вас нет температуры.Тепло, передаваемое стакану с водой, будет зависеть от того, находится ли он на солнечном свете, в контакте с другой поверхностью или на открытом воздухе в темноте. В глубоком космосе температура объекта будет около -460 ° F или 3K, что очень холодно. С другой стороны, полированный алюминий, как известно, при ярком солнечном свете может нагреваться до 850 ° F. Вот такая разница температур!

Однако это не имеет большого значения, когда давление почти вакуумное. Подумайте о воде на Земле. На вершине горы вода закипает быстрее, чем на уровне моря.Фактически, в некоторых горах можно выпить чашку кипятка и не обжечься! В лаборатории вы можете заставить воду закипеть при комнатной температуре, просто применив к ней частичный вакуум. Это то, что вы ожидаете от космоса.

См. Кипячение воды при комнатной температуре

Хотя непрактично посещать космос, чтобы увидеть, как вода закипает, вы можете увидеть эффект, не выходя из дома или учебы. Все, что вам нужно, это шприц и вода. Вы можете получить шприц в любой аптеке (игла не требуется) или во многих лабораториях.

1. Наберите в шприц небольшое количество воды. Вам просто нужно достаточно, чтобы увидеть это — не наполняйте шприц полностью.
2. Положите палец на отверстие шприца, чтобы закрыть его. Если вы боитесь поранить палец, можно прикрыть отверстие куском пластика.
3. Наблюдая за водой, как можно быстрее потяните шприц назад. Вы видели, как закипает вода?

Температура кипения воды в вакууме

Даже космос не является абсолютным вакуумом, хотя он довольно близок.На этой диаграмме показаны точки кипения (температуры) воды при различных уровнях вакуума. Первое значение относится к уровню моря, а затем к понижающемуся уровню давления.

Точки кипения воды при различных уровнях вакуума

Точка кипения и отображение

Влияние давления воздуха на кипение известно и используется для измерения высоты над уровнем моря. В 1774 году Уильям Рой использовал атмосферное давление для определения высоты. Его измерения были точны в пределах одного метра. В середине 19 века исследователи использовали температуру кипения воды, чтобы измерить высоту для составления карт.

Источники

• Berberan-Santos, M. N .; Бодунов, Э. Н .; Поглани, Л. (1997). «По барометрической формуле». Американский журнал физики . 65 (5): 404–412. DOI: 10.1119 / 1.18555
• Хьюитт, Рэйчел. Карта нации — биография артиллерийского управления . ISBN 1-84708-098-7.

Он замерзает или закипает?

Капли воды могут существовать внутри герметичной среды Международной космической станции, но… [+] отправить их за пределы кабины в космический вакуум, и они больше не могут быть жидкими. Изображение предоставлено: ЕКА / НАСА, Андре Кейперс.

Если вы принесете жидкую воду в космос, она замерзнет или закипит? Космический вакуум ужасно отличается от того, к чему мы привыкли здесь, на Земле. 18 раз меньше, чем на Земле… [+] поверхность. Еще дальше давление падает еще больше. Изображение предоставлено НАСА.

Другими словами, когда речь идет о глубинах космического пространства, наблюдается невероятное падение как температуры, так и давления по сравнению с тем, что мы имеем здесь, на Земле. И все же именно это делает этот вопрос еще более неприятным. Видите ли, если вы возьмете жидкую воду и поместите ее в среду, где температура опускается до ниже нуля, она сформирует кристаллы льда в очень, очень короткие сроки.

Образование и рост снежинки, особой конфигурации кристалла льда. Изображение предоставлено: … [+] Вячеслав Иванов, из его видео на Vimeo: http://vimeo.com/87342468.

Ну, космос действительно очень холодный. Если мы говорим о путешествии в межзвездное пространство, вдали (или в тени) от любых звезд, единственная температура исходит от оставшегося от Большого взрыва свечения: космического микроволнового фона. Температура этого радиационного моря всего 2.7 градусов Кельвина, достаточно холодного, чтобы заморозить твердый водород, а тем более воду. Итак, если вы возьмете воду в космос, она должна замерзнуть, верно?

Кристаллы льда, образующиеся в дикой природе на поверхности Земли. Изображение предоставлено: фотография из общественного достояния, сделанная Pixabay … [+] пользователем ChristopherPluta.

Не так быстро! Потому что, если вы возьмете жидкую воду и снизите давление в окружающей среде вокруг нее, она закипит. Возможно, вы знакомы с тем фактом, что вода кипит при более низкой температуре на больших высотах; это потому, что над вами меньше атмосферы, а значит, и давление ниже.Однако мы можем найти еще более серьезный пример этого эффекта, если мы поместим жидкую воду в вакуумную камеру, а затем быстро откажемся от воздуха. Что происходит с водой?

Он закипает, причем очень бурно! Причина этого в том, что вода в жидкой фазе требует как определенного диапазона давления, так и определенного диапазона температур. Если вы начнете с жидкой воды при заданной фиксированной температуре, достаточно низкое давление заставит воду немедленно закипеть.

В жидкой фазе значительное падение давления может привести к образованию твердого вещества (лед) или газа (вода … [+] пар), в зависимости от температуры и скорости перехода. Изображение предоставлено пользователем wikimedia Commons Matthieumarechal.

Но в первую очередь, опять же, если вы начнете с жидкой воды при заданном фиксированном давлении и понизите температуру, это приведет к немедленному замерзанию воды! Когда мы говорим о помещении жидкой воды в космический вакуум, мы говорим о том, чтобы делать обе вещи одновременно: брать воду из комбинации температуры / давления, при которой она стабильно является жидкостью, и перемещать ее до более низкого давления, что заставляет ее хотеть закипятить и поставить на более низкую температуру, при которой хочется заморозить.

Вы можете доставить жидкую воду в космос (например, на международную космическую станцию), где она может храниться в земных условиях: при стабильной температуре и давлении.

Но когда вы помещаете жидкую воду в космос — где она больше не может оставаться в виде жидкости — что из этих двух происходит? Он замерзает или закипает? Удивительный ответ таков: сначала кипит, а потом замерзает! Мы знаем это, потому что это то, что раньше происходило, когда космонавты чувствовали зов природы, находясь в космосе.По словам наблюдавших за собой космонавтов:

.

Когда астронавты утекают во время миссии и отправляют результат в космос, она сильно закипает. Затем пар сразу переходит в твердое состояние (процесс, известный как десублимация), и в итоге вы получаете облако очень мелких кристаллов замороженной мочи.

Для этого есть веская физическая причина: высокая удельная теплоемкость воды.

Плотность различных материалов, элементов и соединений.Обратите внимание, что жидкая вода имеет одну из … [+] самой высокой теплоемкости из всех. Изображение предоставлено: снимок экрана со страницы Википедии для Теплоемкости через https://www.youtube.com/watch?v=ntQ7qGilqZE.

Невероятно сложно быстро изменить температуру воды, потому что, несмотря на огромный перепад температур между водой и межзвездным пространством, вода невероятно хорошо удерживает тепло. Кроме того, из-за поверхностного натяжения вода имеет тенденцию оставаться в космосе сферической формы (как вы видели выше), что фактически сводит к минимуму площадь поверхности, которую она должна обменивать теплом с окружающей средой с отрицательными температурами.Таким образом, процесс замерзания был бы невероятно медленным, если бы не было способа подвергнуть каждую молекулу воды индивидуально в вакууме самого космоса. Но такого ограничения давления нет; вне воды она фактически равна нулю, и поэтому кипение может происходить немедленно, погружая воду в ее газообразную (водяной пар) фазу!

Но когда эта вода закипит, вспомните, насколько газ занимает больше объема, чем жидкость, и насколько дальше друг от друга удаляются молекулы.Это означает, что сразу после закипания воды этот водяной пар — теперь при практически нулевом давлении — может очень быстро остыть! Мы можем видеть это на фазовой диаграмме для воды.

Подробная диаграмма состояния воды, показывающая различные состояния твердого (ледяного), жидкого и … [+] парового (газового) состояния, а также условия, при которых они возникают. Изображение предоставлено пользователем Wikimedia Commglee.

Как только вы опуститесь ниже 210 К, вы перейдете в твердую фазу для воды — лед — независимо от вашего давления.Вот что происходит: сначала вода закипает, а затем очень мелкий туман, который она выкипает, замерзает, образуя тонкую, тонкую сеть кристаллов льда. Вы не поверите, но у нас есть аналогия здесь, на Земле! В очень, очень холодный день (для этого должно быть около -30 ° или ниже) возьмите кастрюлю с кипяченой водой и подбросьте ее (подальше от лица) в воздух.

Быстрое снижение давления (переход от воды на поверхности к простому воздуху) вызовет быстрое кипение, а затем быстрое воздействие чрезвычайно холодного воздуха на водяной пар вызовет образование замороженных кристаллов: снега!

Если бросить кипящую воду на поверхность Земли, когда она достаточно холодная, это приведет к появлению… [+] создание снега, так как воздействие отрицательных температур на множество мелких поверхностей (капель и капель) приводит к быстрому образованию крошечных кристаллов льда. Изображение предоставлено: Марк Вету, из Сибири.

Так вода закипает или замерзает, когда вы приносите ее в космос? Да. Да. оно делает.

Как можно кипятить жидкость, не нагревая ее? Почему это возможно?

Спрашивает: Бетти Арнольд

Ответ

Температура кипения жидкости зависит как от температуры, так и от давления.Как давление

увеличивается, увеличивается и температура кипения. Скороварки используются в кулинарии, чтобы поднять

температура, при которой жидкость внутри закипит. И наоборот, нижние атмосферные

давление на вершину горы затрудняет получение достаточно горячей кипяченой воды для хорошего чая или

кофе.

Кипение происходит, когда молекулы жидкости имеют достаточно энергии, чтобы вырваться из окружающей среды.

молекулы. Думайте о более высоком давлении как о затруднении побега, предлагая

противодействующая сила.

Вода кипит при нормальном атмосферном давлении и температуре 212 ° F (100 ° C). Представьте себе это при 221 ° F (105 ° C)

но НЕ кипятить в контейнере под давлением. Если давление быстро снижается,

Теперь вода при нормальном давлении закипит при температуре 221 ° F (105 ° C).

В качестве другого примера налейте воду комнатной температуры в вакуумную камеру и начните удаление

воздух. В конце концов, температура кипения упадет ниже температуры воды и

кипячение начнется без нагрева.

Ответил: Пол Валорски, B.A. Физика, по совместительству Инструктор по физике

Кипение просто означает, что частицы жидкости разделятся и начнут летать.

самостоятельно как газ. Здесь действуют две конкурирующие силы: кинетическая энергия

отдельные частицы, которые вместе являются теплом в веществе, и притягивающим

силы, удерживающие частицы вместе. Кроме того, давление других веществ на

поверхность жидкости может сжимать жидкость, давя на молекулы жидкости и

удерживая их вместе.Таким образом, чтобы молекулы жидкости сменились газом, вы

может:

1. Добавьте тепла к веществу, чтобы больший процент от общего количества молекул в

жидкость будет иметь достаточно кинетической энергии, чтобы освободиться от межмолекулярного притяжения,

или же

2. Снимите часть внешнего давления, которое удерживает поверхностные молекулы

жидкость на месте.

Таким образом, если вы хотите довести до кипения холодные жидкости, поместите их в зону низкого давления! если ты

иметь доступ к вакуумному насосу, это легко продемонстрировать.Также обратите внимание, что именно поэтому

жидкости кипятят легче в горах, чем на прибрежных равнинах, и поэтому почему там

являются специальными «инструкциями по приготовлению на большой высоте» многих продуктов. Кипяток в Колорадо

просто не так жарко, как кипяток во Флориде.

Ответил: Роб Ландольфи, учитель естественных наук, Роквилл, Мэриленд

Кипяток в вакууме горячий?

В вакуумной камере давление может быть очень низким.Настолько слабый, что вода может закипать при комнатной температуре.

Какова температура кипения воды в вакууме?

Можно ли кипятить воду комнатной температуры?

Вы можете кипятить воду комнатной температуры, не нагревая ее.Это потому, что кипение зависит от давления, а не только от температуры.

Что произойдет, если вскипятить воду в вакууме?

Молекулы воды изначально обладают кинетической энергией, но ее недостаточно, чтобы закипеть в присутствии давления воздуха. Некоторые из наиболее энергичных молекул воды уходят (испаряются), но этот процесс идет довольно медленно. Когда мы снимаем давление воздуха, наиболее энергичные молекулы воды превращаются в водяной пар.

Можно ли сделать воду горячее кипящей?

Перегретая вода — это жидкая вода под давлением при температуре от обычной точки кипения 100 ° C (212 ° F) до критической температуры 374 ° C (705 ° F).Она также известна как «докритическая вода» или «горячая вода под давлением».

Что увеличивает температуру кипения?

Соединения, которые могут образовывать водородные связи, будут иметь более высокие температуры кипения, чем соединения, которые могут взаимодействовать только посредством лондонских дисперсионных сил. Дополнительное рассмотрение точек кипения включает давление пара и летучесть соединения. Обычно чем более летучим является соединение, тем ниже его температура кипения.

Как снизить температуру кипения воды?

Сахар, соль или другие нелетучие растворенные вещества в воде обычно повышают температуру кипения.Напротив, алкоголь — это летучее химическое вещество, которое снижает температуру кипения воды. Даже большое количество растворенного в воде обычно вызывает лишь небольшие изменения температуры кипения.

Как можно вскипятить воду без электричества или газа?

Дровяная печь или камин могут быть спасением при отключении электроэнергии, и не только как общий источник тепла. Вы также можете вскипятить воду, как на костре, поставив горшок на дровяную печь или через встроенные резервуары для воды, которые есть в некоторых моделях.

Соль помогает воде закипать быстрее?

«Температура морской воды будет выше, чем у чистой воды», — сказал Гиддингс. «Но у нее все еще более высокая температура кипения, и масса все равно больше, когда вы добавляете соль в тот же объем воды, поэтому это не означает, что морская вода закипает быстрее».

От чего можно довести воду до кипения при комнатной температуре?

Как вскипятить воду при комнатной температуре

• Добавьте жидкую воду комнатной температуры в вакуумную колбу, подсоединенную к вакуумному насосу.
• Добавьте промежуточную «ловушку» для сбора водяного пара до того, как он достигнет насоса.
• Включите насос, чтобы снизить давление воздуха выше жидкой воды комнатной температуры.

Почему вода в вакууме закипает при более низкой температуре и охлаждается при кипении?

Помещение жидкости в частичный вакуум также снижает ее температуру кипения. Причина та же: удаляя часть воздуха, окружающего жидкость, вы понижаете атмосферное давление в ней.

Могут ли жидкости существовать в вакууме?

2 ответа.Никакая жидкость не может быть полностью стабильной в вакууме, поскольку все жидкости имеют некоторое ненулевое давление пара и поэтому будут испаряться с определенной скоростью. Однако некоторые жидкости имеют исключительно низкое давление пара, поэтому их можно использовать в вакууме.

Насколько горячий пар от кипящей воды?

По большей части, пар непосредственно над поверхностью кипящей воды будет иметь температуру 100 ° C или любую другую точку кипения при вашем конкретном давлении воздуха. Пар будет находиться в тепловом равновесии с жидкой водой, поэтому его температура не будет превышать ее.

Можно ли кипятить выше 100?

Жидкая вода обычно не превышает 100 градусов Цельсия, так как это ее точка кипения (при стандартных условиях). В этот момент он претерпевает фазовый переход в пар, который все еще является водой, но в газовой фазе. Пар может (и действительно) стать горячее, чем 100 градусов по Цельсию, и в результате может быть очень опасным.

Кипяток вдвойне плох?

Если у вас идеально чистая, дистиллированная и деионизированная вода, ничего не произойдет, если вы ее повторно кипячете.Однако обычная вода содержит растворенные газы и минералы. … Однако, если вы слишком долго кипятите воду или повторно кипятите ее, вы рискуете сконцентрировать некоторые нежелательные химические вещества, которые могут быть в вашей воде.

Что вызывает взрыв кипящей воды?

Без пузырьков вода не может отдавать накопившееся тепло, жидкость не кипит и продолжает нагреваться выше точки кипения. Если вода ударилась или сотряслась, этого достаточно, чтобы вызвать быстрое образование пузырьков, и в результате взорвется очень горячая жидкость.

Бойловая вода: химия и состояние науки Деятельность

Мало того, что вода в вашем шприце кажется, что кипит, она — это .

Живя при обычном атмосферном давлении, мы склонны думать, что вода должна быть горячей, чтобы закипеть. Но переход от жидкости к газу может происходить не только в результате повышения температуры, но и в результате пониженного давления.

Нажатие на поршень снижает давление газов внутри шприца за счет увеличения объема — соотношение, заданное законом Бойля : для газа в замкнутом пространстве при постоянной температуре объем и давление изменяются обратно пропорционально.Другими словами, удвоение объема снижает давление вдвое.

В водопроводной воде растворен воздух. Когда вы уменьшаете давление в шприце, вытягивая поршень, растворенный воздух выходит из раствора и образует воздушный карман на кончике шприца. Когда вы медленно позволяете поршню войти внутрь, воздух, который вышел из раствора, остается вне раствора. Вот почему может показаться, что в шприце больше воздуха, чем когда вы начали.

Но когда вы снова затягиваете шприц, происходит кое-что еще: при пониженном давлении вода превращается из жидкости в газ.Внутри жидкости образуются пузырьки водяного пара, а вода в шприце кипит при комнатной температуре.

В чистой жидкости непросто образовать маленькие пузырьки, или зародить . Однако, когда вы вытаскиваете поршень и позволяете ему снова защелкнуться, вы создаете множество крошечных «семенных» пузырьков в воде. В следующий раз, когда вы оттянете поршень, кипение произойдет легче благодаря местам зародышеобразования, обеспечиваемым этими семенными пузырьками.

Один из способов понять важность семенных пузырей — вспомнить, когда вы в последний раз пытались надуть воздушный шарик.Поначалу запуск воздушного шара может быть затруднен. Но когда началось, надуть легче. То же правило касается пузырьков водяного пара, образующихся в воде. Если вы еще больше снизите давление и температуру, используя вакуумный насос или путешествуя на поверхность Марса, вода может закипеть и замерзнуть одновременно. В этой комбинации низких температур и давления — 0,01 ° C и 0,006 атмосферы, также известной как тройная точка воды — все три фазы воды могут существовать одновременно.

% PDF-1.4
%
270 0 объект
>
эндобдж

xref
270 95
0000000016 00000 н.
0000002932 00000 н.
0000003091 00000 н.
0000003821 00000 н.
0000004214 00000 н.
0000004538 00000 н.
0000005018 00000 н.
0000005389 00000 п.
0000005913 00000 н.
0000006351 00000 п.
0000006979 00000 п.
0000007546 00000 н.
0000007970 00000 п.
0000008311 00000 н.
0000008423 00000 н.
0000008537 00000 н.
0000008668 00000 н.
0000009074 00000 н.
0000009508 00000 н.
0000010129 00000 п.
0000010533 00000 п.
0000011102 00000 п.
0000012281 00000 п.
0000012718 00000 п.
0000012979 00000 п.
0000013457 00000 п.
0000014533 00000 п.
0000014713 00000 п.
0000014891 00000 п.
0000015071 00000 п.
0000015288 00000 п.
0000016868 00000 п.
0000017047 00000 п.
0000018281 00000 п.
0000019901 00000 п.
0000020092 00000 п.
0000020479 00000 п.
0000020983 00000 п.
0000021282 00000 п.
0000021611 00000 п.
0000021793 00000 п.
0000023323 00000 п.
0000023697 00000 п.
0000024075 00000 п.
0000025726 00000 п.
0000027084 00000 п.
0000031990 00000 п.
0000038476 00000 п.
0000046710 00000 п.
0000069958 00000 н.
0000072513 00000 п.
0000075457 00000 п.
0000075576 ​​00000 п.
0000075646 00000 п.
0000075730 00000 п.
0000078661 00000 п.
0000078922 00000 п.
0000079089 00000 н.
0000079116 00000 п.
0000079423 00000 п.
0000079507 00000 п.
0000081379 00000 п.
0000081715 00000 п.
0000082138 00000 п.
0000083921 00000 п.
0000084241 00000 п.
0000085836 00000 п.
0000086152 00000 п.
0000087087 00000 п.
0000087370 00000 п.
0000088332 00000 п.
0000088628 00000 п.
0000088991 00000 п.
0000089079 00000 п.
0000089462 00000 п.
0000089721 00000 п.
00000

00000 п.
00000

00000 п.
0000090654 00000 п.
0000090950 00000 п.
0000092181 00000 п.
0000092481 00000 п.
0000092843 00000 п.
0000097194 00000 п.
0000097477 00000 п.
0000100061 00000 п.
0000100100 00000 п
0000102578 00000 н.
0000102643 00000 п.
0000103624 00000 н.
0000103663 00000 п.
0000105372 00000 п.
0000105411 00000 н.
0000002752 00000 н.
0000002196 00000 н.
трейлер
] / Назад 144405 / XRefStm 2752 >>
startxref
0
%% EOF

364 0 объект
> поток
hb«b` | m Ȁ

Кривые давления пара | Химия для неосновных

Как быстрее всего вскипятить воду?

Как быстрее всего вскипятить воду?

Один из первых уроков кулинарии — как кипятить воду.Да, это звучит просто, но есть пара подсказок, которые могут ускорить процесс. Один совет — закройте кастрюлю крышкой. На картинке выше видно вскипание воды с выходом пара в атмосферу. Если крышка находится на кастрюле, будет выкипать меньше воды, и вода закипит быстрее. Повышение давления внутри кастрюли помогает ускорить процесс кипячения.

Кривые давления пара

Точки кипения различных жидкостей можно проиллюстрировать на кривой давления паров ( Рисунок ниже).Кривая давления пара представляет собой график зависимости давления пара от температуры. Чтобы найти нормальную точку кипения жидкости, проводится горизонтальная линия слева при давлении, равном стандартному давлению. При любой температуре эта линия пересекает кривую давления пара жидкости и является точкой кипения этой жидкости.

Рисунок 13.13

Кривые давления пара.

Точки кипения жидкости также коррелируют с силой межмолекулярных сил.Напомним, что диэтиловый эфир имеет слабые силы диспергирования, а это означает, что жидкость имеет высокое давление пара. Слабые силы также означают, что для закипания диэтилового эфира не требуется большого количества энергии, поэтому он имеет относительно низкую нормальную температуру кипения, равную 34,6 ° C. Вода с ее гораздо более прочными водородными связями имеет низкое давление пара и более высокую нормальную температуру кипения, составляющую 100 ° C.

Как указывалось ранее, на температуру кипения влияет внешнее давление. На больших высотах атмосферное давление ниже.При меньшем давлении на поверхность жидкости она закипает при более низкой температуре. Это также видно из кривых давления пара. Если провести горизонтальную линию при более низком давлении пара, она пересечет каждую кривую при более низкой температуре. Температура кипения воды составляет 100 ° C на уровне моря, где атмосферное давление является стандартным. В Денвере, штат Колорадо, на высоте 1600 м над уровнем моря атмосферное давление составляет около 640 мм рт. Ст., А вода кипит при температуре около 95 ° C. На вершине горы. Эверест атмосферное давление составляет около 255 мм рт. Ст., А вода кипит всего при 70 ° C.С другой стороны, вода закипает при температуре выше 100 ° C, если внешнее давление выше стандартного. Скороварки не позволяют парам выходить, и давление пара увеличивается. Поскольку теперь вода закипает при температуре выше 100 ° C, пища готовится быстрее.

Рисунок 13.14

Скороварка.

Эффект пониженного давления воздуха можно продемонстрировать, поместив стакан с водой в вакуумную камеру. При достаточно низком давлении, около 20 мм рт. Ст., Вода закипит при комнатной температуре.

Ключевые выводы

Сводка

• Кривая давления пара представляет собой график зависимости давления пара от температуры.
• На температуру кипения влияет внешнее давление.

Упражнения

Практика

Вопросы

Используйте видео ниже, чтобы ответить на следующие вопросы:

1. Для чего нужен вакуумный насос?
2. Какова роль уплотнительного кольца?
3. Что происходит при включении вакуумного насоса?
4. Что произошло при включении вакуумного насоса?
5. Какова была температура этой кипящей воды?

Упражнения

Обзор

Вопросы

1. Что показывает кривая давления пара?
2. Почему у диэтилового эфира низкая температура кипения?
3. Какие межмолекулярные силы удерживают вместе молекулы воды?
4. Почему вода закипает при более низкой температуре на большой высоте?

Глоссарий

• Кривая давления пара: График зависимости давления пара от температуры.