при какой температуре вода начинает шуметь

При какой температуре чайник начинает шуметь

На чтение 8 мин. Обновлено 17 декабря, 2020

Просто о сложном: все о кипении воды в чайнике, температуре и других нюансах процесса

Кипячение воды в чайнике – насущное ежедневное занятие. Однако далеко не каждый знает, от чего зависит температура закипания, сколько времени понадобится, чтобы в тех или иных условиях довести чайник до нее и каковы причины возникающих при этом различных неполадок.

Рассмотрим детально основные аспекты этого процесса: какова температура кипения воды в чайнике, от чего зависит закипание жидкости и т.д.

От чего зависит закипание в домашних и других условиях?

Кипением называется усиленное образование пара в массе и на поверхности воды.

Однако традиционное испарение вещества происходит при любых условиях. Закипание же происходит только по достижении определенных условий – температуры и внешнего давления.

Например, для воды в нормальных условиях (760 мм. рт. ст.) этот показатель равняется 100С. С другой стороны, он легко изменяется. Кроме того, на точку кипения влияют различные, растворенные в воде примеси. В большинстве случаев это соли – естественные, придающие жесткость, либо искусственно добавленные, например, пищевая поваренная.

Отметка в 100С – приведена для дистиллированной H2O в нормальных условиях. Стандартно используемая вода – из водопровода, ручья, озера, колодца и т. д. – в действительности является водным раствором различных солей. Поэтому температура ее закипания несколько выше справочного значения.

Каждые 300 метров подъема от уровня моря снижают точку закипания на один градус. Альпинисты знают, что высоко в горах котелок закипает при 85-90С и даже ниже.

При скольки градусах закипает?

Независимо от типа используемого прибора в нормальных условиях вода закипает при следующих значениях температуры (в наиболее распространенных единицах измерения):

Однако следует учесть, что в различных приборах, несмотря на одинаковую точку закипания, время для достижения процесса все же различное.

Как с уменьшением давления снижается температура закипания, так с увеличением она возрастает. Этот принцип нашел практическое применение в кухонных приборах – скороварках.

Показатель кипения в них достигает рекордных для повседневных условий – 120-130С. Это позволяет ускорить процесс готовки пищи (в противоположность горной местности – когда кипит, но не варится).

За какое время?

Время закипания жидкости зависит сразу от нескольких факторов:

Обычный 2-х-литровый чайник на газовой конфорке справится с задачей в среднем за 15 минут. Стандартная электрическая модель потратит на эту процедуру примерно такой же период времени. Более совершенный электрочайник с мощной нагревательной встроенной поверхностью вскипит за 3-5 минут.

Современные водонагревательные приборы, такие как, кулеры, превращают холодную воду в кипяток мгновенно. Благодаря им чай, кофе и другой горячий напиток можно получить моментально.

Как определить, что H2O начинает кипеть?

Существует несколько способов проверить, что вода в чайнике вот-вот начнет кипеть:

Какова t пара кипящей жидкости?

Образующийся во время кипения чайника пар имеет одинаковую температуру с кипящей водой. Так как вся энергия в этом процессе направлена именно на его превращение.

Поэтому пока вся жидкость не испарится, нагрев пара останется на одинаковом с ней уровне. При этом пар может получить дополнительную энергию, а значит, и повысить температуру, но только в замкнутом пространстве, например, в скороварке.

Факты и причины

С кипячением воды иногда возникают сложности и вопросы:

Почему иногда подпрыгивает крышка?

В некоторых случаях крышка чайника подпрыгивает во время кипения в нем воды.

Причин этому бывает несколько:

Вода сразу же перестает кипеть?

Процесс кипения динамичен – требует постоянного подвода энергии для поддержки заданной температуры.

Электрический чайник не доводит влагу до кипения?

Причин того, почему электрический чайник выключается, не доводя воду до кипения, может быть несколько:

Кроме того, если используется стандартный чайник, причиной того, почему вода в нем нагревается, но никак не может закипеть, является неисправность самого электронагревательного прибора.

Заключение

Закипание воды в чайнике зависит прежде всего от атмосферного давления и наличия растворенных солей. Стандартно кипение происходит при 100С. На время закипания влияет объем, свойства материала и характеристики конструкции емкости, тип и мощность нагревательного элемента.

Перед закипанием шум затихает, а пузыри увеличиваются в размере и достигают поверхности. При этом пар, образующийся из чайника, имеет одинаковую с кипящей водой температуру.

Почему чайник шумит перед закипанием? Причины, фото и видео

Ежедневно на сотнях миллионов кухонь по всему миру несколько раз в сутки кипит вода. И каждый человек хоть раз в жизни задавался вопросом: «почему перед закипанием возникает шум?». Кто-то сразу вспоминает школьную программу и в памяти всплывает необычное слово «кавитация».

«Какие-то пузырьки лопаются – поэтому и шум», – услужливо подсказывает подсознание. Но точный ход процесса мало кто помнит. И, тем более, мало кто знает, что шум создают одновременно два явления.

Что такое кипение?

Что такое кипение? Есть четкое определение: «Кипение – парообразование, которое происходит одновременно во всем объеме жидкости». Для запуска процесса обязательно соблюдение следующих условий:

Достижение жидкостью определенной температуры, называемой температурой кипения.

Почему в кипящей воде образуются пузырьки пара?

Центры парообразования, вокруг которых начинают появляться пузырьки – это мелкие трещинки, жирные пятна, твёрдые частицы – пылинки. Они задерживают небольшие объемы воздуха, а жидкость запирает воздух до начала кипения. Также в воде содержатся растворенные газы: кислород, азот, углекислый газ. Связи между молекулами газа и молекулами воды слабые и при нагревании быстро рушатся. Когда растворенный газ высвобождается, то давление воды заставляет его принять наиболее энергоэффективную – сферическую форму. Получаются пузырьки.

После выделения газа, высокая температура приступает к разделению молекул жидкости. Образовывается пар, который выделяется внутрь уже сформированных пузырьков. Так начинается процесс кипения.

Причины шума при закипании

Первые признаки кипения можно наблюдать у дна чайника – там наибольшая температура, именно там появляются первые пузырьки. Каждый из них содержит газ и насыщенный пар. Пока пузырек маленький, он удерживается силами поверхностного натяжения. Затем быстро движущиеся молекулы воды, которые образуют пар, накапливаются внутри пузырька и он начинает увеличиваться. Отрыв происходит в тот момент, когда сила Архимеда, выталкивающая пузырек, становится больше сил натяжения, удерживающих его. Пузырек освобождается и устремляется к поверхности

Отрыв вызывает колебания жидкости. Именно эти колебания являются первой причиной шума при кипении. Можно оценить частоту получаемого звука. Она обратно пропорциональна времени, которое требуется пузырьку, чтобы оторваться от дна. Время же характеризует силу колебания, вызываемого отрывом.

Расчёты показали, что среднее время отрыва порядка 0,01 секунды, а значит частота звука около 100 Гц. Именно эти данные позволили ученым понять, что существует какая-то ещё причина шума при кипении чайника. Ведь реальная частота звука была измерена и оказалась на порядок больше рассчитанной.

Открытие двойственной природы шума было сделано шотландским ученым Джозефом Блэком. Это произошло в 18 веке, во время его работы в университете Эдинбурга.

Основной источник шума при закипании воды

Именно Джозеф Блэк первым исследовал процесс кипения и установил источник дополнительного шума. Он обнаружил, что не все пузырьки отрываясь от дна и стенок достигают поверхности. А в самом начале процесса закипания ни один пузырек не достигает поверхности – они пропадают в толще воды.

Явление так заинтересовало ученого, что он провел несколько бессонных ночей, пытаясь обнаружить причину исчезновения пузырьков. Исследования помогли сделать правильный вывод. Ответ оказался прост – разница температур. В начале своего движения пузырьки находятся в самой горячей части сосуда. Давление насыщенных паров позволяет им сохранять сферическую форму.

Изменение звука при кипячении воды

При движении вверх, пузырьки попадают в более холодные слои. Пар начинает конденсироваться, давление внутри падает. В какой-то момент он больше не может удерживать форму и схлопывается. Явление образования, отрыва и схлопывания пузырьков во время кипения назвали «кавитация». Были проведены необходимые расчёты, которые показали – частота звука при схлопывании близка к значению 1000 Гц. Данные соответствуют экспериментально измеренным параметрам. По мере нагрева жидкости, пузырьки перестают схлопываться и уровень шума меняется. Частота звука заметно понижается. Вскоре, уже все без исключения пузырьки достигают поверхности. Шум стихает, возникает «бульканье».

Рождение, отрыв, всплытие и лопанье пузырьков – физическое явление, которое каждый день видят миллионы людей. Но кипение сложнее, чем кажется поначалу. Можно выделить два процесса: кавитацию и колебание жидкости во время отрыва пузырька. Характерный звук вызывают оба, но акустический эффект одного легко отличить от другого. По шуму можно без труда определить, когда вода в чайнике нагрелась до нужной температуры.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

К слову сказать, именно ответы на такие, незамысловатые с виду, вопросы отыскать, как правило, совсем не просто.

Нет, не за это мы любим физику и физиков!

Итак, чайник, только поставленный на огонь, начинает громко шуметь. Кстати, с электрическим чайником происходит то же самое: шумит. Значит, не в том дело, что чайник поставлен на огонь. Дело в том, что вода в нем нагревается.

А вот после того, как вода, наконец, закипает, характерный шум прекращается. То есть шум имеет место быть, но изменяется характер этого шума. Мы слышим бурление воды, мы слышим, как свистит пар, вырывающийся из носика чайника. Эти шумы объяснить может и первоклассник. А вот что производит шум в самом начале нагрева воды? Ответим на этот первоклассный вопрос.

Вода – плохой проводник тепла, это известный факт из области законов физики. Вода в чайнике нагревается быстро только за счет перемешивания, или, по-научному говоря, конвекции. Поэтому в невесомости, без перемешивания, чайник бы нагревался очень долго.

Фото: Depositphotos

Но когда нагревание только начинается, конвекция в чайнике еще не установилась. Поэтому слой воды, который находится рядом с нагревающей поверхностью (то ли у днища чайника, то ли около нагревательного элемента), очень быстро нагреется до температуры кипения. А те слои воды, которые располагаются от нагревателя подальше, все еще будут достаточно холодными. Вследствие этого в придонном слое, уже нагревшемся до кипения, образуются пузырьки пара.

Пузырьки эти легче воды, они отрываются от дна и поднимаются в верхние слои, гораздо более холодные. В холодном слое пар, находящийся в пузырьке, охлаждается, и происходит его конденсация, он обратно превращается в воду. Внутри пузырька образуется вакуум. Под давлением окружающей жидкости пузырек «схлопывается». При схлопывании пузырька производится характерный звук.

Множество хлопков «умирающих» пузырьков и производит тот самый шум, который мы слышим в начале закипания чайника.

Схлопывание пузырьков воздуха в жидкости называется кавитацией.

Кавитация встречается не только при нагревании воды в чайнике. Пузырьки образуются также на поверхностях, быстро движущихся в жидком потоке. При определенном значении скорости вязкой жидкости в ней образуются пустоты. А если в жидкости растворен воздух, то этот воздух испарится внутрь образовавшейся пустоты.

Серия этих ударов приводит к разрушению поверхности винта. Первоначально гладкая поверхность становится «изъеденной» и требует ремонта. На правильно рассчитанной поверхности винта пузырьков образуется меньше. В результате гребной винт меньше разрушается и меньше шумит. Материал, из которого изготовлен гребной винт корабля и его форма (а еще лучше, алгоритм расчета этой формы) – это то, над чем настойчиво работают кораблестроители, и одновременно то, за чем охотятся промышленные и военные шпионы.

Следы кавитации на гребном винте

Кавитация не только вредна, но и приносит пользу. Она используется, например, для очистки поверхностей. Источник ультразвука погружают в жидкость, в результате чего на очищаемой поверхности массово образуются и лопаются пузырьки. Серия микровзрывов – и поверхность идеально чиста.

Кавитация находит применение в медицине. Жира растоворение без всякого мучения

Человеческое тело не менее чем на 70% состоит из воды. Значит, кавитация возможна и здесь. Если правильно настроить источник ультразвука, то кавитационный эффект можно сфокусировать на человеческих органах и, например, разрушить камни в различных органах без сложных операций. Или производить растворение жира. Эффективное похудение – мечта многих женщин.

Эффективная коррекция фигуры с помощью кавитационных технологий

Однако мы далеко в сторону ушли от закипающего чайника. Увлекательная наука физика, но давайте не слишком увлекаться.

Движение пузырьков с паром от дна чайника к поверхности воды инициирует конвекцию. В чайнике начинается перемещение вверх горячей, а значит, более легкой, воды. Соответственно, вода холодная опускается вниз, для нагревания. Начинается круговорот воды. Благодаря ему происходит интенсивное перемешивание, и вода очень быстро нагревается.

Всего за несколько минут все содержимое чайника достигает температуры кипения. Пузырьки пара по-прежнему всплывают на поверхность, но уже не схлопываются там, а просто лопаются. При этом «мелодия» чайника становится совсем другой. Все слышат, что он кипит. Значит, урок прикладной физики закончен, пора идти пить чай.

Замечали ли вы когда-нибудь, что электрический чайник очень сильно шумит во время работы? Конечно замечали, ведь не заметить это невозможно. Не исключено, что вы даже задавались вопросом из-за чего это происходит. При этом, когда вода почти закипела, звук становится тише, чем через несколько секунд после включения. Этому есть очень логичное объяснение, как и тому, почему чайник на плите работает иначе и шуметь начинает только тогда, когда вода уже почти закипела.

Чайник во время работы имеет свойство шуметь.

В первую очередь, давайте определимся с тем, чем электрический чайник отличается от обычного, которым еще наши бабушки и дедушки кипятили воду на газовой плите.

В основе электрического чайника лежит нагревательный элемент. Он располагается на дне самого чайника и нагревается за счет подключения прибора к электрической сети. На заре появления электрических чайников нагревательный элемент имел разную форму. Долгое время использовался вариант, похожий на кипятильник. Он имел форму спирали и неплохо справлялся со своими задачами. Потом пришло время плоского нагревательного элемента, и многое поменялось.

Конструкция упростилась, а вода стала нагреваться быстрее. Тут и кроется первая и основная причина шума во время кипячения.

Почему чайник шумит?

Современные чайники имеют мощность несколько киловатт, чтобы от того времени, как мы захотим чашечку горячего чая, до того момента, как мы ее получим, прошло как можно меньше времени. Выше было сказано, что нагревательный элемент находится внизу, а это означает, что нагрев воды происходит неравномерно. То есть, когда вода, находящаяся в нижней части ёмкости, уже вступила в контакт с раскаленной поверхностью, верхняя еще остается холодной.

Уже подписался на наш новостной канал в Telegram? Если нет, дочитывай статью и присоединяйся к нам.

В этот момент газ, находящийся в воде, начинает расширяться и превращаться в пузырьки воздуха. Эти пузырьки начинают подниматься вверх. Когда они достигают холодного слоя, они начинают схлопываться за счет снижения температуры газа в более холодной жидкой среде.

В этот момент пузырек и производит небольшой шум. Когда таких пузырьков много, едва слышный хлопок превращается в шипение, а потом в гул, которые и сопровождает кипение чайника. Чуть позже этот звук переходит в более громкие хлопки, которых становится много, но, при этом, они становятся тише.

В этот момент вода начинает закипать полностью и пузырьки доходят ото дна до самой поверхности, заставляя воду бурлить. Через какое-то время чайник выключается и мы можем воспользоваться кипятком.

Обычный чайник для плиты работает тише электрического.

Теоретически, избежать шипения во время работы чайника возможно. Для этого надо помешивать воду, чтобы она прогревалась более равномерно и не было тех самых пузырьков, которые схлопываются, поднимаясь наверх. Только, если захотите это попробовать, будьте осторожны. Пар очень горячий, а прибор подключен к розетке.

Еще одним способом избавиться от шума будет выбор менее мощного чайника или выбор более слабого режима нагрева, если ваша модель это позволяет.

Также можно заметить, что чайник на плите так сильно не шумит и основной звук начинается в тот момент, когда вода уже кипит. В этот же момент из-за расширения газа начинает издавать звук свисток, расположенный на корпусе (если он есть). Связано это как раз с тем, что вода в чайнике на плите нагревается медленнее. И не производит ситуаций, когда часть воды уже кипит, а часть еще остается холодной.

Лично меня кипение чайника напрягает только в тот момент, когда я включаю его поздно вечером. В остальное время потерпеть шум в течение пары минут не вызывает у меня никакого дискомфорта. Я выбираю более быстрое закипание при большем шуме, а не наоборот.

Напрягает ли вас шум чайника или его можно потерпеть, если вода закипает быстро?

Источник

5 аномальных фактов о воде

Перед вами пять наиболее интересных фактов о воде.

1. Горячая вода замерзает быстрее холодной

Почему же так происходит?

В 1963 году один танзанский студент по имени Эрасто Б. Мпемба (Erasto B. Mpemba) замораживая приготовленную смесь для мороженого, заметил, что горячая смесь застывает в морозильной камере быстрее, чем холодная. Когда юноша поделился своим открытием с учителем физики, тот лишь посмеялся над ним.

К счастью, ученик оказался настойчивым и убедил учителя провести эксперимент, который и подтвердил его открытие: в определенных условиях горячая вода действительно замерзает быстрее холодной.

Теперь этот феномен горячей воды, замерзающей быстрее холодной, носит название «эффект Мпемба». Правда, за долго до него это уникальное свойство воды было отмечено Аристотелем, Фрэнсисом Бэконом и Рене Декартом.

Ученые так до конца и не понимают природу этого явления, объясняя его либо разницей в переохлаждении, испарении, образовании льда, конвекции, либо воздействием разжиженных газов на горячую и холодную воду.

2. Сверхохлаждение и «мгновенное» замерзание

Все знают, что вода всегда превращается в лед при охлаждении до 0 °C … за исключением некоторых случаев! Таким случаем, например, является сверхохлаждение, которое представляет собой свойство очень чистой воды оставаться жидкой, даже будучи охлажденной до температуры ниже точки замерзания.

Это явление становится возможным благодаря тому, что окружающая среда не содержит центров или ядер кристаллизации, которые могли бы спровоцировать образование кристаллов льда. И поэтому вода остается в жидкой форме, даже будучи охлажденной до температуры ниже нуля градусов по Цельсию.

Процесс кристаллизации может быть спровоцирован, например, пузырьками газа, примесями (загрязнениями), неровной поверхностью емкости. Без них вода будет оставаться в жидком состоянии. Когда процесс кристаллизации запускается, можно наблюдать, как сверхохлажденная вода моментально превращается в лед.

Заметьте, что «сверхнагретая» вода также остается жидкой, даже будучи нагретой до температуры выше точки закипания.

3. «Стеклянная» вода

Не задумываясь, назовите, сколько различных состояний есть у воды? Если вы ответили три: твердое, жидкое, газообразное, то вы ошиблись. Ученые выделяют как минимум 5 различных состояний воды в жидком виде и 14 состояний в замерзшем виде.

Что же произойдет при дальнейшем понижении температуры?

4. Квантовые свойства воды

На молекулярном уровне вода удивляет ещё больше. В 1995 году проводимый учеными эксперимент по рассеянию нейтронов дал неожиданный результат: физики обнаружили, что нейтроны, направленные на молекулы воды, «видят» на 25% меньше протонов водорода, чем ожидалось.

5. Есть ли у воды память?

Альтернативная официальной медицине гомеопатия утверждает, что разбавленный раствор лекарственного препарата может оказывать лечебный эффект на организм, даже если коэффициент разбавления настолько велик, что в растворе уже не осталось ничего, кроме молекул воды.

Сторонники гомеопатии объясняют этот парадокс концепцией под названием «память воды», согласно которой вода на молекулярном уровне обладает «памятью» о веществе, некогда в ней растворенном и сохраняет свойства раствора первоначальной концентрации после того, как в нём не остается ни одной молекулы ингредиента.

Международная группа ученых во главе с профессором Мэдлин Эннис (Madeleine Ennis) из Королевского университета в Белфасте (Queen’s University of Belfast), критиковавшая принципы гомеопатии, в 2002 году провела эксперимент, чтобы раз и навсегда опровергнуть эту концепцию.

Результат оказался обратным. После чего, ученые заявили, что им удалось доказать реальность эффекта «памяти воды». Однако опыты, проведенные под наблюдением независимых экспертов, результатов не принесли. Споры о существовании феномена «памяти воды» продолжаются.

Вода обладает множеством других необычных свойств, о которых мы не рассказали в этой статье. Например, плотность воды меняется в зависимости от температуры (плотность льда меньше плотности воды); вода обладает довольно большой величиной поверхностного натяжения; в жидком состоянии вода представляет собой сложную и динамически меняющуюся сеть из водных кластеров, и именно поведение кластеров влияет на структуру воды и т.д.

Источник

При какой температуре вода начинает шуметь

Один из самых часто используемых предметов в быту – чайник, по крайней мере, у меня. Многие люди ставят кипятить в нем воду по несколько раз в день, но мало кто задается вопросом, почему вода шумит громче всего ДО того, как она закипит, а после закипания становится гораздо тише. Это одно из тех явлений, с которыми мы сталкиваемся ежедневно, но почти не обращаем на него внимания.

Так в чем тут дело?

Ответ на этот вопрос сложнее, чем может показаться, ведь все происходит в несколько этапов:

Процесс закипания воды в электрическом чайнике. Источник изображения: gfycat.com

Всем известно, что при достижении точки кипения (100 ℃) молекулы воды получают настолько большое количество энергии, что освобождаются от молекулярных связей, которые удерживают их вместе в жидкой форме и вода превращается в пар.

1. При закипании воды на дне чайника в самой горячей его части (температура нагревательного элемента превышает 100 градусов по Цельсию), образуются тысячи маленьких пузырьков воздуха и насыщенного пара, при этом каждый из них производит звук с частотой 100 Гц.

Кавитация — процесс парообразования и последующей конденсации пузырьков пара в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром самой жидкости, в которой возникает.

Это весьма шумный, а иногда разрушительный процесс: например, кавитация приводит к эрозионному разрушению лопастей гребных винтов. Вот еще пример кавитации:

Пример кавитации в бутылке с водой. Источник изображения: gfycat.com

Так, пора вернуться к нашему чайнику… Почему шум воды усиливается до момента закипания, а потом становится гораздо тише?

Коллапсирующие пузырьки пара к тому же перемешивают жидкость, высвобождая еще более мелкие пузырьки паров воды и растворенного в ней воздуха. Эти дополнительно образующиеся микропузырьки также создают звук.

3, Наконец, когда верхние слои воды разогреются до температуры близкой с 100 ℃, пузырьки, которые образовались на дне поднимаются все ближе и ближе к поверхности. Из-за большего количества образующихся пузырьков начинает нарастать шум. А когда вся вода в чайнике достигнет точки кипения, то пузырьки пара уже поднимаются на поверхность и лопаются там, звук при этом намного более мягкий. Таким образом, вода перестает громко «шуметь» после того как закипит.

Кипение воды в электрическом чайнике. Источник изображения: gfycat.com

У кого-то может возникнуть вопрос, почему вода не шумит перед тем как закипеть, если ее разогревать в микроволновке? Виновником этого является сам принцип нагревания в СВЧ-печи. Благодаря микроволнам разогрев происходит практически равномерно и между разными слоями воды нет такой разницы в температуре, из-за которой пузырьки газа «схлопываются», так и не достигнув поверхности.

Если вам понравилась статья, то поставьте лайк и подпишитесь на канал Научпоп. Наука для всех. Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!

На чтение 8 мин. Обновлено 17 декабря, 2020

Просто о сложном: все о кипении воды в чайнике, температуре и других нюансах процесса

Кипячение воды в чайнике – насущное ежедневное занятие. Однако далеко не каждый знает, от чего зависит температура закипания, сколько времени понадобится, чтобы в тех или иных условиях довести чайник до нее и каковы причины возникающих при этом различных неполадок.

Рассмотрим детально основные аспекты этого процесса: какова температура кипения воды в чайнике, от чего зависит закипание жидкости и т.д.

От чего зависит закипание в домашних и других условиях?

Кипением называется усиленное образование пара в массе и на поверхности воды.

Однако традиционное испарение вещества происходит при любых условиях. Закипание же происходит только по достижении определенных условий – температуры и внешнего давления.

Например, для воды в нормальных условиях (760 мм. рт. ст.) этот показатель равняется 100С. С другой стороны, он легко изменяется. Кроме того, на точку кипения влияют различные, растворенные в воде примеси. В большинстве случаев это соли – естественные, придающие жесткость, либо искусственно добавленные, например, пищевая поваренная.

Отметка в 100С – приведена для дистиллированной H2O в нормальных условиях. Стандартно используемая вода – из водопровода, ручья, озера, колодца и т. д. – в действительности является водным раствором различных солей. Поэтому температура ее закипания несколько выше справочного значения.

Каждые 300 метров подъема от уровня моря снижают точку закипания на один градус. Альпинисты знают, что высоко в горах котелок закипает при 85-90С и даже ниже.

При скольки градусах закипает?

Независимо от типа используемого прибора в нормальных условиях вода закипает при следующих значениях температуры (в наиболее распространенных единицах измерения):

Однако следует учесть, что в различных приборах, несмотря на одинаковую точку закипания, время для достижения процесса все же различное.

Как с уменьшением давления снижается температура закипания, так с увеличением она возрастает. Этот принцип нашел практическое применение в кухонных приборах – скороварках.

Показатель кипения в них достигает рекордных для повседневных условий – 120-130С. Это позволяет ускорить процесс готовки пищи (в противоположность горной местности – когда кипит, но не варится).

За какое время?

Время закипания жидкости зависит сразу от нескольких факторов:

Обычный 2-х-литровый чайник на газовой конфорке справится с задачей в среднем за 15 минут. Стандартная электрическая модель потратит на эту процедуру примерно такой же период времени. Более совершенный электрочайник с мощной нагревательной встроенной поверхностью вскипит за 3-5 минут.

Современные водонагревательные приборы, такие как, кулеры, превращают холодную воду в кипяток мгновенно. Благодаря им чай, кофе и другой горячий напиток можно получить моментально.

Как определить, что H2O начинает кипеть?

Существует несколько способов проверить, что вода в чайнике вот-вот начнет кипеть:

Какова t пара кипящей жидкости?

Образующийся во время кипения чайника пар имеет одинаковую температуру с кипящей водой. Так как вся энергия в этом процессе направлена именно на его превращение.

Поэтому пока вся жидкость не испарится, нагрев пара останется на одинаковом с ней уровне. При этом пар может получить дополнительную энергию, а значит, и повысить температуру, но только в замкнутом пространстве, например, в скороварке.

Факты и причины

С кипячением воды иногда возникают сложности и вопросы:

Почему иногда подпрыгивает крышка?

В некоторых случаях крышка чайника подпрыгивает во время кипения в нем воды.

Причин этому бывает несколько:

Вода сразу же перестает кипеть?

Процесс кипения динамичен – требует постоянного подвода энергии для поддержки заданной температуры.

Электрический чайник не доводит влагу до кипения?

Причин того, почему электрический чайник выключается, не доводя воду до кипения, может быть несколько:

Кроме того, если используется стандартный чайник, причиной того, почему вода в нем нагревается, но никак не может закипеть, является неисправность самого электронагревательного прибора.

Заключение

Закипание воды в чайнике зависит прежде всего от атмосферного давления и наличия растворенных солей. Стандартно кипение происходит при 100С. На время закипания влияет объем, свойства материала и характеристики конструкции емкости, тип и мощность нагревательного элемента.

Перед закипанием шум затихает, а пузыри увеличиваются в размере и достигают поверхности. При этом пар, образующийся из чайника, имеет одинаковую с кипящей водой температуру.

Почему чайник шумит перед закипанием? Причины, фото и видео

Ежедневно на сотнях миллионов кухонь по всему миру несколько раз в сутки кипит вода. И каждый человек хоть раз в жизни задавался вопросом: «почему перед закипанием возникает шум?». Кто-то сразу вспоминает школьную программу и в памяти всплывает необычное слово «кавитация».

«Какие-то пузырьки лопаются – поэтому и шум», – услужливо подсказывает подсознание. Но точный ход процесса мало кто помнит. И, тем более, мало кто знает, что шум создают одновременно два явления.

Что такое кипение?

Что такое кипение? Есть четкое определение: «Кипение – парообразование, которое происходит одновременно во всем объеме жидкости». Для запуска процесса обязательно соблюдение следующих условий:

Достижение жидкостью определенной температуры, называемой температурой кипения.

Почему в кипящей воде образуются пузырьки пара?

Центры парообразования, вокруг которых начинают появляться пузырьки – это мелкие трещинки, жирные пятна, твёрдые частицы – пылинки. Они задерживают небольшие объемы воздуха, а жидкость запирает воздух до начала кипения. Также в воде содержатся растворенные газы: кислород, азот, углекислый газ. Связи между молекулами газа и молекулами воды слабые и при нагревании быстро рушатся. Когда растворенный газ высвобождается, то давление воды заставляет его принять наиболее энергоэффективную – сферическую форму. Получаются пузырьки.

После выделения газа, высокая температура приступает к разделению молекул жидкости. Образовывается пар, который выделяется внутрь уже сформированных пузырьков. Так начинается процесс кипения.

Причины шума при закипании

Первые признаки кипения можно наблюдать у дна чайника – там наибольшая температура, именно там появляются первые пузырьки. Каждый из них содержит газ и насыщенный пар. Пока пузырек маленький, он удерживается силами поверхностного натяжения. Затем быстро движущиеся молекулы воды, которые образуют пар, накапливаются внутри пузырька и он начинает увеличиваться. Отрыв происходит в тот момент, когда сила Архимеда, выталкивающая пузырек, становится больше сил натяжения, удерживающих его. Пузырек освобождается и устремляется к поверхности

Отрыв вызывает колебания жидкости. Именно эти колебания являются первой причиной шума при кипении. Можно оценить частоту получаемого звука. Она обратно пропорциональна времени, которое требуется пузырьку, чтобы оторваться от дна. Время же характеризует силу колебания, вызываемого отрывом.

Расчёты показали, что среднее время отрыва порядка 0,01 секунды, а значит частота звука около 100 Гц. Именно эти данные позволили ученым понять, что существует какая-то ещё причина шума при кипении чайника. Ведь реальная частота звука была измерена и оказалась на порядок больше рассчитанной.

Открытие двойственной природы шума было сделано шотландским ученым Джозефом Блэком. Это произошло в 18 веке, во время его работы в университете Эдинбурга.

Основной источник шума при закипании воды

Именно Джозеф Блэк первым исследовал процесс кипения и установил источник дополнительного шума. Он обнаружил, что не все пузырьки отрываясь от дна и стенок достигают поверхности. А в самом начале процесса закипания ни один пузырек не достигает поверхности – они пропадают в толще воды.

Явление так заинтересовало ученого, что он провел несколько бессонных ночей, пытаясь обнаружить причину исчезновения пузырьков. Исследования помогли сделать правильный вывод. Ответ оказался прост – разница температур. В начале своего движения пузырьки находятся в самой горячей части сосуда. Давление насыщенных паров позволяет им сохранять сферическую форму.

Изменение звука при кипячении воды

При движении вверх, пузырьки попадают в более холодные слои. Пар начинает конденсироваться, давление внутри падает. В какой-то момент он больше не может удерживать форму и схлопывается. Явление образования, отрыва и схлопывания пузырьков во время кипения назвали «кавитация». Были проведены необходимые расчёты, которые показали – частота звука при схлопывании близка к значению 1000 Гц. Данные соответствуют экспериментально измеренным параметрам. По мере нагрева жидкости, пузырьки перестают схлопываться и уровень шума меняется. Частота звука заметно понижается. Вскоре, уже все без исключения пузырьки достигают поверхности. Шум стихает, возникает «бульканье».

Рождение, отрыв, всплытие и лопанье пузырьков – физическое явление, которое каждый день видят миллионы людей. Но кипение сложнее, чем кажется поначалу. Можно выделить два процесса: кавитацию и колебание жидкости во время отрыва пузырька. Характерный звук вызывают оба, но акустический эффект одного легко отличить от другого. По шуму можно без труда определить, когда вода в чайнике нагрелась до нужной температуры.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Одним из важных этапов для получения вкусного, полезного и ароматного настоя, является получения кипятка. Но помните, перекипевшая вода, а также заново повторно вскипевшая вода – мертвая вода!

В воде обычно содержится много микроскопических солей, и если её перекипятить, то увеличится их концентрация. Кипяток должен быть молодым. Если вода не успела закипеть, чайные листья не развернутся, не упадут на дно, а будут плавать на поверхности. Чай не заварится и аромат чая тоже не раскроется. А еще у каждого чая свои требования к температуре. Поэтому после того как вода вскипела, если необходима температура ниже чем 100 градусов, ей дают остыть. Когда нет под рукой градусника для воды, пользуются правилом, вода за пять минут остывает примерно до температуры 85 градусов.

Чтобы получить молодой кипяток, необходимо следить за водой в чайнике. В трактате знаменитого Лу Юя говорилось, что когда первым появляется “крабий глаз” – мелкие пузырьки на дне и одновременно начинается легкое пощелкивание – это первая стадия кипячения воды. Температура воды – примерно 70-80 С.

Потом пузырьки увеличиваются, потрескивание становится чаще и сливается в легкий шум и начинается вторая короткая стадия называемая “рыбий глаз”. Температура примерно 80-85С.

Затем по стенкам чайника начинают подниматься “жемчужные нити” – этакие ниточки из пузырьков, вода начинает бурлить, шум немного меняется и становится как бы глуше – это третья стадия. Именно она считается самой подходящей для засыпки чая в воду (если варить чай методом Лу Юя) или снятия воды с огня. Температура при этом около 85-92С. Также за этой стадией есть совсем короткая – это стадия называется «Шум ветра в соснах» – если прислушаться к воде в этот момент, то поймешь почему. Но так как чтобы ее поймать, нужно практиковаться, то мы рекомендуем снимать чайник именно не третей стадии.

Когда же по поверхности воды идут бурные волны – так называемое “объемное кипение” – это четвертая стадия заварки кипятка. Четвертая стадия кипятка, по мнению Лу Юя, не подходит для заваривания чая. А все дело в том, что содержащийся в воде кислород теряется, уходят из воды с паром, от чего вода и меняет вкус.

Если вода жесткая или не чистая, то классических стадий кипения не будет или они окажутся смазанными.

Вода закипела, и мы получили молодой кипяток. Дальше, если нужно даем воде остыть. Если не помним, какую температуру рекомендовали в описании к чаю, то придерживаемся общего правила:

Температура воды от 90 градусов до 95 подходит для заваривания черных чаев, например пуэр, полностью ферментированных (это красные чаи), а также сильно ферментированных улунскихчаев.

Температурой воды от 80 до 90 градусов заваривают в основном слабо ферментированные тайваньские улунские чаи.

Низкая температура воды, что ниже 80 градусов, подходит для зелёных, белых и жёлтых чаев.

Важно заварить чай нужной температурой, ведь если заварить нежный зеленый или белый чай кипятком, то не будет свежести, не будет лёгкости, не будет сладости, не будет богатого послевкусия, а будет привкус горечи и неприятной терпкости. Лишь правильно заваренный чай подарит нам удивительные ощущения, чувства приятной лёгкости, чистоту мысли и, наконец, приятное общение, если заваривать не только для себя.

Ход урока

1.Стадии кипения воды.

Кипение – переход жидкости в пар, происходящийс образованием в объеме жидкости пузырьков параили паровых полостей. Пузырьки растут вследствиеиспарения в них жидкости, всплывают, исодержащийся в пузырьках насыщенный парпереходит в паровую фазу над жидкостью.

Кипение начинается, когда при нагреве жидкостидавление насыщенного пара над её поверхностьюстановится равным внешнему давлению.Температура, при которой происходит кипениежидкости, находящейся под постоянным давлением,называется температурой кипения (Ткип). Длякаждой жидкости температура кипения имеет своезначение и в стационарном процессе кипения неменяется.

Строго говоря, Ткип соответствует температуренасыщенного пара (температуре насыщения) надплоской поверхностью кипящей жидкости, так каксама жидкость всегда несколько перегретаотносительно Ткип. При стационарном кипениитемпература кипящей жидкости не меняется. Сростом давления Ткип увеличивается

1.1.Классификация процессов кипения.

Кипение классифицируют по следующим признакам:

пузырьковое и пленочное.

Кипение, при котором пар образуется в видепериодически зарождающихся и растущих пузырей,называется пузырьковым кипением. При медленномпузырьковом кипении в жидкости (а точнее, настенках или на дне сосуда) появляются пузырьки,наполненные паром.

При увеличении теплового потока до некоторойкритической величины отдельные пузырькисливаются, образуя у стенки сосуда сплошнойпаровой слой, периодически прорывающиеся в объёмжидкости. Такой режим называется плёночным.

Если температура дна сосуда значительнопревышает температуру кипения жидкости, тоскорость образования пузырей на дне становитсястоль большой, что они объединяются вместе,образуя сплошную паровую прослойку между дномсосуда и непосредственно самой жидкостью. В этомрежиме плёночного кипения тепловой поток отнагревателя к жидкости резко падает (пароваяплёнка проводит тепло хуже, чем конвекция вжидкости), и в результате скорость выкипанияуменьшается. Режим плёночного кипения можнонаблюдать на примере капли воды на раскалённойплите.

При нагревании вода ведет себя неподвижно, итеплота от нижних слоев к верхним передаетсяпосредством теплопроводности. По меренагревания, однако, характер теплопередачименяется, поскольку запускается процесс, которыйпринято называть конвекцией. Нагреваясь вблизидна, вода расширяется. Соответственно, удельныйвес придонной разогретой воды оказывается легче,чем вес равного объема воды в поверхностныхслоях. Это приводит всю водную систему внутрикастрюли в нестабильное состояние, котороекомпенсируется за счет того, что горячая воданачинает всплывать к поверхности, а на ее местоопускается более прохладная вода. Это свободнаяконвекция. При вынужденной конвекции теплообменсоздается с помощь перемешивания жидкости идвижение в воде создается за искусственнымтеплоносителем-мешалкой, насосом, вентилятором итому подобное.

Некоторые слои жидкости непосредственноприлегающие к более горячей теплообменнойповерхности, нагреваются выше и поднимаются какболее легкие пристенные вдоль вертикальнойповерхности. Таким образом, вдоль горячейповерхности возникает непрерывное движениесреды, скорость которой определяетинтенсивность теплообмена поверхности сосновной массой практически неподвижной среды

С ростом плотности теплового потока растеткоэффициент парообразования. Кипение переходитв развитое пузырьковое. Увеличение частотыотрыва приводит к тому, что пузыри догоняют другдруга и сливаются. С увеличением температурыповерхности нагрева число центровпарообразования резко возрастает, все большееколичество оторвавшихся пузырьков всплывает вжидкости, вызывая ее интенсивное перемешивание.Такое кипение носит развитый характер.

1.2.Разделение процесса кипения по стадиям.

Кипячение воды представляет собой сложныйпроцесс, состоящий из четырех ясно отличимыходна от другой стадий.

Первая стадия начинается с проскакивания содна чайника маленьких пузырьков воздуха, а такжепоявления групп пузырьков на поверхности воды устенок чайника.

Вторая стадия характеризуется увеличениеобъема пузырьков. Затем постепенно количествопузырьков, возникающих в воде и рвущихся наповерхность, всё более увеличивается. На первойстадии кипения слышим тонкий, едва различимыйсольный звук.

Третья стадия кипения характерна массовымстремительным подъёмом пузырьков, которыевызывают сначала легкое помутнение, а затем даже“побеление” воды, напоминая собой быстробегущую воду родника. Это так называемое кипение“ белым ключом”. Оно — крайненепродолжительное. Звук становится похожим нашум небольшого пчелиного роя.

Четвертая — это интенсивное бурление воды,появление на поверхности больших лопающихсяпузырей, а затем брызганьем. Брызги будутозначать, что вода очень сильно перекипела. Звукирезко усиливаются, но их равномерностьнарушается, они как бы стремятся опередить другдруга, нарастают хаотически.

2.Из Китайской церемонии чаепития.

На востоке отношение к чаепитию особое. В Китаеи Японии чайная церемония была частью встречфилософов и художников. Во время традиционноговосточного чаепития произносились мудрые речи,рассматривались произведения искусства. Чайнаяцеремония специально оформлялась для каждойвстречи, подбирались букеты цветов.Использовалась специальная посуда для заваркичая. Особенное отношение было к воде, котораябралась для заваривания чая. Важно правильновскипятить воду, обращая внимание на “циклыогня”, которые воспринимаются и воспроизводятсяв кипятке. Вода не должна доводиться до бурногокипения, так как в результате этого уходитэнергия воды, которая, соединяясь с энергиейчайного листа, и производит в нас искомое чайноесостояние.

Есть четыре стадии внешнего вида кипятка,которые соответственно называются “рыбий глаз”,“крабий глаз”, “жемчужные нити” и “бурлящийисточник”. Этим четырем стадиям соответствуютчетыре характеристики звукового сопровождениязакипания воды: тихий шум, средний шум, шум исильный шум, которым в разных источниках тожеиногда даются разные поэтические названия.

Кроме того, отслеживают и стадии образованияпара. Например, легкая дымка, туман, густой туман.Туман и густой туман указывают на переспелостькипятка, который уже не подходит для завариваниячая. Считается, что энергия огня в нем уженастолько сильна, что подавила энергию воды, и врезультате вода не сможет должным образом войтив контакт с чайным листом и дать соответствующеекачество энергии человеку, пьющему чаю.

В результате правильного заваривания получаемвкусный чай, заваривать который водой, ненагретой до 100 градусов, можно несколько раз,наслаждаясь тонкими оттенками послевкусия откаждого нового заваривания.

В России стали появляться чайные клубы, которыепрививают культуру чаепития Востока. В чайнойцеремонии, которая называется Лу Юй, иликипячение воды на открытом огне можно наблюдатьвсе стадии кипения воды. Такие эксперименты спроцессом кипения воды можно провести в домашнихусловиях. Предлагаю несколько экспериментов:

– изменения температуры на дне сосуда и наповерхности жидкости;
изменение температурной зависимости стадийкипения воды;
– изменение объема кипящей воды с течениемвремени;
– распределения температурной зависимости отрасстояния до поверхности жидкости.

3.Эксперименты по наблюдению процесса кипения.

3.1. Исследование температурной зависимостистадий кипения воды.

Проводилось измерение температуры на всехчетырех стадиях кипениях жидкости. Были полученыследующие результаты:

– первая стадия кипения воды (РЫБИЙ ГЛАЗ)длилась с 1-ой по 4-ую минуты. Пузырьки на днепоявились при температуре 55 градусов (фото 1).

Фото1.

– вторая стадия кипения воды (КРАБИЙ ГЛАЗ)длилась с5-ой по7-ую минуты при температуре около77 градусов. Мелкие пузырьки на дне увеличивалисьв объеме, напоминая глаза краба. (фото 2).

Фото 2.

– третья стадия кипения воды (ЖЕМЧУЖНЫЕНИТИ) длилась с 8-ой по10-ую минуты. Множествомелких пузырьков образовывали ЖЕМЧУЖНЫЕ НИТИ,которые поднимались к поверхности воды, недостигая её. Процесс начался при температуре в 83градуса (фото 3).

Фото 3.

– четвертая стадия кипения воды (БУРЛЯЩИЙИСТОЧНИК) длилась с 10-ой по12-ую минуты. Пузырькиросли, поднимались на поверхность воды, илопались, создавая бурление воды. Процесспроходил при температуре 98 градусов (фото 4). Фото4.

Фото4.

3.2. Исследование изменения объема кипящей водыс течением времени.

С течением времени, объём кипящей водыизменяется. Первоначальный объем воды в кастрюлесоставлял 1 л. Через 32 минуты объем уменьшилсявдвое. Это хорошо видно на фото 5, отмеченокрасными точками.

Фото 5.

Фото 6.

За следующие 13 минут кипения воды её объемуменьшился на одну треть, эта линия так жеотмечена красными точками (фото 6).

По результатам измерений была полученазависимостьизменения объема кипящей воды стечением времени.

Рис.1. График изменения объема кипящейводы от времени

Вывод: Изменение объема обратнопропорционально времени кипения жидкости(рис.1)до тех пор, пока от первоначального объема неосталось1/25 часть. На последней стадииуменьшение объема замедлилось. Здесь играет рольрежим плёночного кипения. Если температура днасосуда значительно превышает температурукипения жидкости, то скорость образованияпузырей на дне становится столь большой, что ониобъединяются вместе, образуя сплошную паровуюпрослойку между дном сосуда и непосредственносамой жидкостью. В этом режиме скоростьвыкипанияжидкости уменьшается.

3.3. Исследование распределения температурнойзависимости от расстояния до поверхностижидкости.

В кипящей жидкости устанавливаетсяопределённое распределение температуры (рис 2), уповерхности нагрева жидкость заметноперегрета. Величина перегрева зависит от рядафизико-химических свойств и самой жидкости, а также граничных твёрдых поверхностей. Тщательноочищенные жидкости, лишённые растворённых газов(воздуха), можно при соблюдении особых мерпредосторожности перегреть на десятки градусов.

Рис. 2.График зависимости изменениятемпературы воды у поверхности от расстояния доповерхности нагрева.

По результатам измерений можно получить графикзависимости изменения температуры воды отрасстояния до поверхности нагрева.

Вывод: с увеличением глубины жидкоститемпература меньше, причем на небольшихрасстояниях от поверхности до 1 см температурарезко уменьшается, а потом почти не меняется.

3.4.Исследование изменения температуры на днесосуда и у поверхности жидкости.

Было проведено 12 измерений. Воду нагревали оттемпературы 7 градусов до момента закипания.Измерения температуры проводились через каждуюминуту. По результатам измерения было полученодва графика изменения температуры у поверхностиводы и на дне.

Рис.3.Таблица и график по результатамнаблюдений. (Фото автора)

Выводы: изменение температурыводы на дне сосуда и на поверхности различно. Наповерхности температура меняется строго полинейному закону и достигает температурыкипения позже на три минуты, чем на дне. Этообъясняется тем, что на поверхности жидкостьсоприкасается с воздухом и отдаёт часть своейэнергии, поэтому прогревается не так, как на днекастрюли.

Выводы по результатам работы.

Было выяснено, что вода при нагревании дотемпературы кипения проходит три стадии,зависящие от теплообмена внутри жидкости собразованием и ростом внутри жидкости пузырьковпара. При наблюдении за поведением воды отмеченыхарактерные особенности каждой стадии.

Изменение температуры воды на дне сосуда и наповерхности различно. На поверхноститемпература меняется строго по линейному законуи достигает температуры кипения позже на триминуты, чем на дне.Это объясняется тем, что наповерхности жидкость соприкасается с воздухом иотдаёт часть своей энергии.

Так же было определено экспериментально, что сувеличением глубины жидкости температураменьше, причем на небольших расстояниях отповерхности до 1 см температура резкоуменьшается, а потом почти не меняется.

Процесс кипения происходит с поглощениетеплоты. При нагревании жидкости большая частьэнергии идет на разрыв связей между молекуламиводы. При этом растворенный в воде газ выделяетсяна дне и стенках сосуда, образуя воздушныепузырьки. Достигнув определенных размеров,пузырек поднимается на поверхность исхлопывается с характерным звуком. Если такихпузырьков много, то вода “шипит”. Пузыреквоздуха поднимается на поверхность воды илопается, если выталкивающая сила, больше силытяжести. Кипение представляет собой непрерывныйпроцесс, при кипении температура воды равна 100градусов и не меняется в процессе выкипания воды.

Источник