Кипение жидкости

Если термометр поместить в пар над водой, то он будет показывать ту же тем­пературу, что и термометр в жидкости во время всего процесса кипения.

З начит, кипение происходит при такой температуре, когда давление насыщен­ных паров сравнивается с давлением внутри жидкости.

Температура кипения жидкости зависит от внешнего давления.

Чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения. Так, в паро­вом котле при давлении 1,6 • 10⁶ Па, вода не кипит и при температуре 200 °С. При подъеме в горы атмосферное давление уменьшается, поэтому уменьшается тем­пература кипения. На высоте 7134 м давление приблизительно 4·10⁴ Па. Вода кипит примерно при 70 ºС. Сварить мясо в таких условиях невозможно. У каж­дой жидкости своя температура кипения.

Различие температур кипения веществ широко применяется в технике. При на­гревании нефти раньше всего испаряются наиболее ценные, летучие ее части (бен­зин), которые таким образом отделяют от «тяжелых» остатков (масел, мазута).

Дополнительный материал

В начале пятидесятых годов нынешнего столетия молодой сотрудник Мичиганс­кого университета (США) Дональд Глейзер придумал новый тип прибора, регистри­рующего элементарные частицы. Он получил название пузырьковой камеры.

Основная часть модели камеры - стеклянная колба с эфиром объемом несколько куби­ческих сантиметров. Жидкость нагревается и находится под давлением около 20 атм. Специ­альное устройство позволяет быстро сбрасывать давление. Если во время «ожидания» проле­тала заряженная частица, то вдоль следа появлялись пузырьки пара. Сфотографировав след, можно было снова повысить давление, пузырьки исчезали - и прибор снова в работе.

Почему пузырьки появлялись именно на пути частицы?

Возьмем две пробирки. Одну из них вымоем особенно тщательно, проследим, что­бы на стенках не было царапин или посторонних частиц, и наполним ее дистиллиро­ванной водой (приблизительно 10 см³). Во вторую пробирку нальем такое же количе­ство, но водопроводной воды и еще бросим кусочек мела. Будем подогревать пробирки » одинаковых условиях и при отсутствии прямого соприкосновения с огнем. Оказывается, вода в них будет кипеть по-разному.

В пробирке с водопроводной водой кипение начнется раньше, и процесс этот бу­дет происходить достаточно спокойно и непрерывно. Пузырьки пара образуются в основном на кусочке мела. Что касается пробирки с дистиллированной водой, то про­цесс кипения в ней начнется позлее (при большой температуре) и будет происходить неравномерно. В жидкости образуются большие пузырьки, их появление и схлопывание сопровождается громким треском.

В лаборатории удается очистить сосуд и воду (используется дважды дистиллированн|ая вода) так хорошо, что кипение не наступает вплоть до температуры 140 °С. Если в такую воду, ее называют перегретой, бросить крупинку, произойдет взрыв - так быстро образуют­ся пузырьки с паром. Химики хорошо знают это свойство жидкости. Для того чтобы про­цесс кипения происходил равномерно, без взрыва, в сосуд помещают так называемые «кипелки» - обломки стеклянных или фарфоровых трубок, кусочки мрамора и т. п.

Объяснение описанных выше свойств связано с наличием у жидкости поверхнос­тного натяжения. Поверхность жидкости можно представить себе как растянутую упругую пленку. Пленка стремится сжаться - силы поверхностного натяжения стре­мятся раздавить образовавшийся пузырек. Дополнительное давление, обусловлен­ное этими силами, тем больше, чем меньше радиус пузырька, так что процесс кипения подавляется в самом зародыше. Именно поэтому однородную жидкость удается пере­гревать. В то же время любые неоднородности как в самой жидкости, так и связанные с посторонними включениями облегчают кипение. Такие неоднородности образуют­ся, в частности, на пути заряженной частицы, вот почему она становится местом обра­зования первых пузырьков. Теперь понятно, что важнейшее условие работы камеры Глейзера - это однородность эфира и чистота ампулы.