§ 16. Кипіння. температура кипіння

Найінтенсивніше випаровування відбувається, коли рідина кипить. Що ж являє собою процес кипіння? Вам, мабуть, неодноразово доводилося кип’ятити воду, чекаючи, поки вона закипить у чайнику. Відтворимо процес кип’ятіння так, щоб його можна було спостерігати. Наллємо воду в прозору посудину і почнемо її нагрівати (мал. 1.51). На дні і стінках посудини після наповнення її водою можна помітити бульбашки повітря, що залишаються на нерівностях. Також у воді завжди є розчинене повітря, яке під час нагрівання теж утворює бульбашки. Кожна бульбашка — це закритий об’єм повітря, обмежений поверхнею води, з якої теж відбувається випаровування. Тому в бульбашках є і водяна пара.

Під час нагрівання спочатку прогрівається та частина води, яка контактує з дном посудини. Внаслідок нагрівання кількість молекул пари і відповідно тиск у бульбашках зростають, і вони збільшують свій об’єм (мал. 1.52, а). Коли бульбашка стає досить великою, вона під дією сили Архімеда відривається від дна, стінок посудини і починає спливати до поверхні рідини (мал. 1.52, б). На місці бульбашки, що відірвалася, залишається маленький пухирець, заповнений парою води, з якого знову починає рости бульбашка.

Уважно спостерігаючи за процесом нагрівання води, ви помітите, що, піднімаючись до поверхні, бульбашки знову зменшуються і навіть зникають (мал. 1.52, в). Це пояснюється тим, що бульбашки містять пару й дуже небагато повітря.

У верхніх шарах ще деякий час температура води нижча, ніж біля дна. Тому пара в бульбашках, які спливають і потрапляють у холодніші шари рідини, конденсується. Збільшення, а потім зменшення бульбашок можна не лише побачити, а й почути: під час нагрівання вода “шумить”. Нарешті уся рідина в посудині прогрілася. Внаслідок прогрівання води і підвищення температури кількість молекул, що вилітають з поверхні рідини, яка оточує бульбашки, збільшується і тиск у ній зростає. Об’єм бульбашок, що піднімаються, вже не зменшується, а дедалі збільшується,

адже із зменшенням глибини тиск у рідині зменшується. Коли тиск пари у бульбашці, що сплила до поверхні рідини, досягає атмосферного, вона лопається, викидаючи пару в навколишнє середовище (мал. 1.52, г). “Шум” припиняється і починається “булькання” — вода закипіла.

Процес кипіння — це процес інтенсивного випаровування

рідини, який супроводжується утворенням пари не лише

на її поверхні, а й у бульбашках всередині рідини.

Температура кипіння. Оскільки рідина закипає тоді, коли тиск пари у бульбашках досягає зовнішнього тиску, температура, за якої кипить рідина, залежить від значення тиску над її поверхнею. Як свідчать результати дослідів, за нормального атмосферного тиску (101 325 Па = 760 мм рт. ст.) вода закипає, коли її температура в усьому об’ємі дорівнює 100 °С.

Температуру, за якої рідина кипить, називають температурою кипіння або точкою кипіння.

Показання термометра, опущеного у киплячу воду, свідчать, що температура кипіння залишається незмінною доти, поки уся вода не перетвориться на пару (мал. 1.53).

У разі, коли тиск, менший за нормальний атмосферний, наприклад високо в горах, вода закипає за нижчих температур. Тому альпіністам, які піднімаються на високі вершини, доводиться значно довше готувати собі страву. Вода закипатиме за температури, значно нижчої ніж 100 °С, якщо з колби, в яку

налито дещо підігріту воду, відкачувати повітря за допомогою насоса (мал. 1.54). Зниження температури кипіння рідини за малих тисків широко використовують у цукроварінні, щоб цукрова маса не пригорала, а вода випаровувалася, а також у процесі виготовлення сухого молока та ін.

Із збільшенням зовнішнього тиску вода закипає за температури, вищої за 100 °С. Це використовують для дезінфекції медичних інструментів, швидкого приготування різних страв у каструлях-скороварках, для отримання пари, яка має високу температуру і тиск, у котлах парових турбін та ін.

Температура кипіння різних рідин залежить не лише від тиску над її поверхнею, а й від хімічного складу рідини. Температури кипіння різних рідин за нормального атмосферного тиску наведено в табл. 1.4.

Таблиця 1.4. Температури кипіння деяких рідин за нормального атмосферного тиску

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1.    Який процес називають кипінням?

2.    Опишіть, як відбувається закипання води?

3.    Яку температуру називають температурою кипіння?

4.    Від чого і як залежить температура кипіння рідини?

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Бойко