A forralás az a párologtatási folyamat, amely akkor következik be, amikor egy folyadékot forráspontra hoznak. Mindenki tudja az iskolapadból, hogy a víz t=100˚С-on forr. De sok embert érdekel az a kérdés, hogy melyik víz forr gyorsabban: sózott vagy friss?

A forralás meglehetősen összetett folyamat, amely négy szakaszból áll:

• Első fázis kis légbuborékok megjelenése jellemzi, amelyek mind a folyadék felszínén, mind az oldalán megjelennek. Előfordulásuk a tartály mikroszkopikus repedéseiben található légbuborékok kitágulásának eredménye.
• A második szakasz során látható, hogy a buborékok térfogata megnő, és egyre több jelenik meg a tetején. Ezt a jelenséget a hőmérséklet növekedése magyarázza, amelynél a buborékokra nehezedő nyomás nő. Az arkhimédeszi erőnek köszönhetően megjelennek a felszínen. Ha nincs ideje felmelegedni a forráspontra (100˚C), akkor a buborékok ismét az aljára mennek, ahol a víz forróbb. A forrásra jellemző zaj a buborékok méretének növekedésével és csökkenésével jön létre.
• A harmadik szakaszban buborékok tömege figyelhető meg, amely a felszínre emelkedve a víz rövid távú zavarosodását okozza.
• Negyedik szakasz intenzív forrongás és nagy buborékok megjelenése jellemzi, amelyek felrobbanáskor fröccsenést okoznak. Ez utóbbi azt jelzi, hogy a víz felforrt. Vízgőz jelenik meg, és a víz a forrásra jellemző hangokat ad.

Forrásban lévő friss víz

A forrásban lévő víz felforralt víz. A folyamat során bőséges gőzképződés megy végbe, amely a forrásban lévő folyadékból szabad oxigénmolekulák felszabadulásával jár. A magas hőmérsékletnek való hosszan tartó kitettség miatt a mikrobák és a kórokozó baktériumok elpusztulnak a forrásban lévő vízben. Ezért, ha a csapvíz minősége rossz, nem kívánatos nyersen fogyasztani.

A friss, de kemény víz sókat tartalmaz. Forrás közben bevonatot képeznek a vízforraló falán, amit gyakrabban vízkőnek neveznek. A forrásban lévő vizet általában forró italok készítésére vagy gyümölcsök vagy zöldségek fertőtlenítésére használják.

Amikor a sós víz felforr

A kísérletek azt mutatják, hogy a sós víz forráspontja magasabb, mint az édesvízé. Ebből arra következtethetünk, hogy a friss víz gyorsabban felforr. A sós víz klór- és nátriumionokat tartalmaz, amelyek a vízmolekulák között találhatók. Közöttük megtörténik a hidratálás folyamata - vízmolekulák hozzáadása a sóionokhoz.

Érdemes megjegyezni, hogy a hidratációs kötés sokkal erősebb, mint a víz intermolekuláris kötése. Ezért, amikor a friss víz felforr, a párolgási folyamat gyorsabban kezdődik. A benne oldott sókat tartalmazó folyadék felforrásához valamivel több energia szükséges, ami ebben a helyzetben a hőmérséklet.

Ha növekszik, a sós vízben a molekulák sokkal gyorsabban mozognak, de számuk csökken, ami azt jelenti, hogy ritkábban ütköznek. Ez magyarázhatja a kisebb mennyiségű gőzt – elvégre nyomása kisebb, mint az édesvízé. Ahhoz, hogy a sós vízben a légköri nyomásnál nagyobb nyomást érjünk el és forrni kezdjenek, magasabb hőmérsékletre van szükség.

Újabb indoklás

Főzéskor sok háziasszony a folyamat elején sózza a vizet, arra hivatkozva, hogy így gyorsabban felforr. Arra pedig, hogy miért forr fel gyorsabban a sós víz, egyesek egy fizika tantárgy iskolai tudására támaszkodva találnak magyarázatot, mégpedig a hőátadással kapcsolatos témakörben. Mint ismeretes, a hőátadásnak három típusa van: a szilárd anyagokra jellemző hőátadás, a gáz- és folyékony testekben jelen lévő konvekció és a sugárzás.

Ez utóbbi típusú hőátadás még az űrben is létezik. Ezt igazolják a csillagok és természetesen a nap is. De mégis, ebben a kérdésben a fő tényező a sűrűség. Mivel a sós víz sűrűsége nagyobb, mint az édesvízé, gyorsabban felforr. Ugyanakkor több időbe telik a fagyás. Következésképpen sűrűbb folyadékkal a hőátadás aktívabb lesz, és a forrás gyorsabb lesz.

Forrásban lévő víz csökkentett nyomáson: Videó

Mindenki tudja, hogy a víz forráspontja normál légköri nyomáson (kb. 760 Hgmm) 100 °C. De nem mindenki tudja, hogy a víz különböző hőmérsékleteken forrhat. A forráspont számos tényezőtől függ. Bizonyos feltételek teljesülése esetén a víz +70 °C-on, és +130 °C-on, sőt 300 °C-on is felforrhat! Nézzük meg részletesebben az okokat.

Mi határozza meg a víz forráspontját?

A víz felforralása egy tartályban egy bizonyos mechanizmus szerint történik. Ahogy a folyadék felmelegszik, légbuborékok jelennek meg a tartály falán, amelybe öntik. Minden buborékban gőz van. A buborékokban lévő gőz hőmérséklete kezdetben sokkal magasabb, mint a felmelegített vízé. De nyomása ebben az időszakban magasabb, mint a buborékok belsejében. Amíg a víz fel nem melegszik, a buborékokban lévő gőz összenyomódik. Ezután külső nyomás hatására a buborékok felrobbannak. A folyamat addig folytatódik, amíg a buborékokban lévő folyadék és gőz hőmérséklete egyenlő nem lesz. Most már a gőzgolyók felemelkedhetnek a felszínre. A víz forrni kezd. Ezután a fűtési folyamat leáll, mivel a felesleges hőt gőzzel távolítják el a légkörbe. Ez a termodinamikai egyensúly. Emlékezzünk a fizikára: a víznyomás magának a folyadéknak a súlyából és a vízzel ellátott edény feletti légnyomásból áll. Így a két paraméter (folyadéknyomás az edényben és légköri nyomás) egyikének megváltoztatásával módosíthatja a forráspontot.

Mekkora a víz forráspontja a hegyekben?

A hegyekben a folyadék forráspontja fokozatosan csökken. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a légköri nyomás fokozatosan csökken a hegy megmászásakor. Ahhoz, hogy a víz felforrjon, a melegítési folyamat során megjelenő buborékokban a nyomásnak meg kell egyeznie a légköri nyomással. Ezért minden 300 méteres magasságnövekedéssel a hegyekben a víz forráspontja körülbelül egy fokkal csökken. Az ilyen típusú forrásban lévő víz nem olyan forró, mint a forrásban lévő folyadék sík terepen. Nagy magasságban nehéz, és néha lehetetlen is teát főzni. A forrásban lévő víz nyomástól való függése így néz ki:

Tengerszint feletti magasság
Forráspont

Mi a helyzet más körülmények között?

Mennyi a víz forráspontja vákuumban? A vákuum egy ritka környezet, amelyben a nyomás lényegesen alacsonyabb, mint a légköri nyomás. A víz forráspontja ritka környezetben a maradék nyomástól is függ. 0,001 atm vákuumnyomáson. a folyadék 6,7 °C-on felforr. Általában a maradék nyomás körülbelül 0,004 atm, tehát ezen a nyomáson a víz 30 °C-on forr. Ritka környezetben a nyomás növekedésével a folyadék forráspontja nő.

Miért forr fel a víz magasabb hőmérsékleten egy lezárt edényben?

Hermetikusan lezárt edényben a folyadék forráspontja a tartályon belüli nyomással függ össze. A melegítés során gőz szabadul fel, amely páralecsapódásként leülepedik az edény fedelén és falain. Így megnő a nyomás az edényben. Például egy gyorsfőzőben a nyomás eléri az 1,04 atm-t, így a folyadék 120 °C-on forr benne. Az ilyen tartályokban jellemzően beépített szelepekkel lehet szabályozni a nyomást, így a hőmérsékletet is.

A forralás egy anyag aggregációs állapotának megváltoztatásának folyamata. Amikor vízről beszélünk, akkor folyékony halmazállapotból gőz állapotba való átállást értjük. Fontos megjegyezni, hogy a forralás nem párolgás, ami még szobahőmérsékleten is előfordulhat. Nem szabad összetéveszteni a forralással sem, amely a víz egy bizonyos hőmérsékletre való melegítése. Most, hogy megértettük a fogalmakat, meg tudjuk határozni, milyen hőmérsékleten forr a víz.

Folyamat

Az aggregált állapot folyékonyból gáz halmazállapotúvá történő átalakításának folyamata összetett. És bár az emberek nem látják, 4 szakasz van:

1. Az első szakaszban kis buborékok képződnek a fűtött tartály alján. Az oldalakon vagy a víz felszínén is láthatók. A légbuborékok tágulása miatt keletkeznek, amelyek mindig jelen vannak a tartály repedéseiben, ahol a víz felmelegszik.
2. A második szakaszban a buborékok térfogata nő. Mindannyian felrohannak a felszínre, mivel bennük telített gőz van, amely könnyebb, mint a víz. A hevítési hőmérséklet emelkedésével a buborékok nyomása nő, és a jól ismert Archimedes-erőnek köszönhetően a felszínre nyomódnak. Ilyenkor a buborékok állandó tágulása és méretének csökkenése miatt keletkező jellegzetes forráshangot hallhatjuk.
3. A harmadik szakaszban nagyszámú buborék látható a felületen. Ez kezdetben felhősödést hoz létre a vízben. Ezt a folyamatot közismerten „fehér forralásnak” nevezik, és rövid ideig tart.
4. A negyedik szakaszban a víz intenzíven felforr, nagy, szétpattanó buborékok jelennek meg a felszínen, és fröccsenések jelenhetnek meg. Leggyakrabban a fröccsenés azt jelenti, hogy a folyadék elérte a maximális hőmérsékletét. A vízből gőz kezd áradni.

Ismeretes, hogy a víz 100 fokos hőmérsékleten forr, ami csak a negyedik szakaszban lehetséges.

Gőz hőmérséklet

A gőz a víz egyik halmazállapota. Amikor a levegőbe kerül, más gázokhoz hasonlóan bizonyos nyomást gyakorol rá. A párologtatás során a gőz és a víz hőmérséklete állandó marad mindaddig, amíg az egész folyadék meg nem változtatja aggregációs állapotát. Ez a jelenség azzal magyarázható, hogy forralás közben minden energiát a víz gőzzé alakítására fordítanak.

A forralás legelején nedves, telített gőz képződik, amely az összes folyadék elpárolgása után kiszárad. Ha hőmérséklete meghaladja a víz hőmérsékletét, akkor az ilyen gőz túlmelegszik, és jellemzői közelebb állnak a gázhoz.

Forrásban lévő sós víz

Érdekes tudni, hogy milyen hőmérsékleten forr fel a magas sótartalmú víz. Ismeretes, hogy ennek magasabbnak kell lennie a készítményben található Na+ és Cl- ionok miatt, amelyek a vízmolekulák közötti területet foglalják el. Így különbözik a sós víz kémiai összetétele a közönséges friss folyadéktól.

A helyzet az, hogy a sós vízben hidratációs reakció megy végbe - a vízmolekulák sóionokhoz való hozzáadásának folyamata. Az édesvízmolekulák közötti kötések gyengébbek, mint a hidratálás során keletkező kötések, így tovább tart, amíg az oldott sót tartalmazó folyadék felforr. A hőmérséklet emelkedésével a sós vízben lévő molekulák gyorsabban mozognak, de kevesebb van belőlük, így ritkábban ütköznek. Ennek eredményeként kevesebb gőz keletkezik, és nyomása alacsonyabb, mint az édesvíz gőznyomása. Következésképpen több energiára (hőmérsékletre) lesz szükség a teljes elpárologtatáshoz. Átlagosan egy liter 60 gramm sót tartalmazó víz felforralásához a víz forráspontját 10%-kal (azaz 10 C-kal) kell növelni.

A forráspont függése a nyomástól

Ismeretes, hogy a hegyekben a víz kémiai összetételétől függetlenül a forráspont alacsonyabb lesz. Ez azért van, mert a légköri nyomás a magasságban alacsonyabb. A normál nyomás 101,325 kPa. Vele a víz forráspontja 100 Celsius fok. De ha felmászik egy hegyre, ahol a nyomás átlagosan 40 kPa, akkor ott a víz 75,88 C-on fog forrni. Ez azonban nem jelenti azt, hogy közel feleannyi időt kell főzéssel töltenie a hegyekben. Az élelmiszerek hőkezelése bizonyos hőmérsékletet igényel.

Úgy tartják, hogy 500 méteres tengerszint feletti magasságban a víz 98,3 C-on fog forrni, 3000 méteres magasságban pedig 90 C lesz a forráspont.

Vegye figyelembe, hogy ez a törvény az ellenkező irányba is érvényes. Ha folyadékot helyezünk egy zárt lombikba, amelyen a gőz nem tud áthaladni, akkor a hőmérséklet emelkedésével és a gőz képződésével ebben a lombikban a nyomás megnő, és a megnövekedett nyomáson történő forrás magasabb hőmérsékleten történik. Például 490,3 kPa nyomáson a víz forráspontja 151 C lesz.

Forrásban lévő desztillált víz

A desztillált víz tisztított víz, szennyeződések nélkül. Gyakran használják orvosi vagy műszaki célokra. Tekintettel arra, hogy az ilyen vízben nincsenek szennyeződések, nem használják főzéshez. Érdekes megjegyezni, hogy a desztillált víz gyorsabban forr, mint a közönséges édesvíz, de a forráspont változatlan marad - 100 fok. A forrásidő különbsége azonban minimális lesz - csak a másodperc töredéke.

Egy teáskannában

Az emberek gyakran kíváncsiak, milyen hőmérsékleten forr fel a víz a vízforralóban, mivel ezekkel az eszközökkel forralják a folyadékokat. Figyelembe véve azt a tényt, hogy a lakásban a légköri nyomás megegyezik a standarddal, és a használt víz nem tartalmaz sókat és egyéb szennyeződéseket, amelyeknek nem szabadna lennie, akkor a forráspont is szabványos lesz - 100 fok. De ha a víz sót tartalmaz, akkor a forráspont, mint már tudjuk, magasabb lesz.

Következtetés

Most már tudja, milyen hőmérsékleten forr a víz, és hogyan befolyásolja ezt a folyamatot a légköri nyomás és a folyadék összetétele. Ebben nincs semmi bonyolult, és a gyerekek az iskolában kapnak ilyen információkat. A lényeg az, hogy ne feledjük, hogy a nyomás csökkenésével a folyadék forráspontja is csökken, és ahogy nő, úgy nő.

Az interneten számos különféle táblázatot találhat, amelyek jelzik a folyadék forráspontjának a légköri nyomástól való függését. Mindenki számára elérhetőek, és aktívan használják az iskolások, a diákok és még az intézetek tanárai is.

Ha egy folyadékot felmelegítünk, egy bizonyos hőmérsékleten felforr. Amikor a folyadék felforr, buborékok képződnek, amelyek a tetejére emelkednek és szétrobbannak. A buborékok vízgőzt tartalmazó levegőt tartalmaznak. Amikor a buborékok felrobbannak, gőz távozik, és így a folyadék intenzíven elpárolog.

Különféle folyékony halmazállapotú anyagok saját jellemző hőmérsékletükön forrnak. Ráadásul ez a hőmérséklet nemcsak az anyag természetétől, hanem a légköri nyomástól is függ. Tehát a normál légköri nyomású víz 100 °C-on, a hegyekben pedig, ahol alacsonyabb a nyomás, alacsonyabb hőmérsékleten forr.

Amikor egy folyadék felforr, a további energia (hő) ellátása nem növeli a hőmérsékletét, hanem egyszerűen fenntartja a forrást. Vagyis az energiát a forrási folyamat fenntartására fordítják, nem pedig az anyag hőmérsékletének emelésére. Ezért a fizikában egy olyan fogalom, mint fajlagos párolgási hő(L). Ez megegyezik azzal a hőmennyiséggel, amely 1 kg folyadék teljes felforralásához szükséges.

Nyilvánvaló, hogy a különböző anyagoknak megvan a saját fajlagos párolgási hője. Tehát víz esetében ez 2,3 · 10 6 J/kg. Az éter esetében, amely 35 °C-on forr, L = 0,4 10 6 J/kg. A 357 °C-on forráspontú higany esetében L = 0,3 10 6 J/kg.

Mi a forralás folyamata? Amikor a víz felmelegszik, de még nem érte el a forráspontját, kis buborékok kezdenek képződni. Általában a tartály alján keletkeznek, mivel általában az alja alatt melegítik őket, és ott magasabb a hőmérséklet.

A buborékok könnyebbek, mint az őket körülvevő víz, ezért elkezdenek emelkedni a felső rétegek felé. A hőmérséklet azonban itt még alacsonyabb, mint az alján. Ezért a gőz lecsapódik, a buborékok kisebbek és nehezebbek lesznek, és ismét leesnek. Ez addig történik, amíg az összes víz forráspontra nem melegszik. Ekkor a forralást megelőző zaj hallható.

A forráspont elérésekor a buborékok már nem süllyednek le, hanem a felszínre úsznak és felrobbannak. Gőz jön ki belőlük. Ilyenkor már nem zaj hallatszik, hanem a folyadék csobogása, ami azt jelzi, hogy felforrt.

Így a forrás során, valamint a párolgás során a folyadék gőzzé alakul át. A párolgástól eltérően azonban, amely csak a folyadék felszínén megy végbe, a forrásban a teljes térfogatban gőzt tartalmazó buborékok képződnek. Ezenkívül a párolgástól eltérően, amely bármely hőmérsékleten előfordul, a forrás csak egy adott folyadékra jellemző hőmérsékleten lehetséges.

Miért magasabb a légköri nyomás, annál magasabb a folyadék forráspontja? A levegő rányomja a vizet, és ezért nyomást hoz létre a vízben. Amikor buborékok képződnek, a gőz is beléjük nyomódik, és erősebben, mint a külső nyomás. Minél nagyobb külső nyomás nehezedik a buborékokra, annál erősebb a belső nyomás bennük. Ezért magasabb hőmérsékleten keletkeznek. Ez azt jelenti, hogy a víz magasabb hőmérsékleten forr.

A víz forralásának folyamata három szakaszból áll:
- az első szakasz kezdete - a vízforraló vagy bármely más edény aljáról apró légbuborékok ugrálnak, amelyekben a vizet felforralják, és új buborékképződmények jelennek meg a víz felszínén. Fokozatosan növekszik az ilyen buborékok száma.

- A másodikon forrásban lévő víz szakasz a buborékok masszív, gyors emelkedése történik felfelé, ami eleinte enyhe zavarosodást okoz a vízben, ami aztán „kifehéredésbe” megy át, melyben a víz úgy néz ki, mint egy forrás patakja. Ezt a jelenséget forralásnak nevezik fehér kulcsés rendkívül rövid életű.

– a harmadik szakaszt intenzív vízforralási folyamatok kísérik, nagy, szétpattanó buborékok és kifröccsenések a felszínen. A nagy mennyiségű kifröccsenés azt jelenti, hogy a víz túlságosan felforrt.

Egyébként, ha szeret tiszta, természetes vízzel főzött teát inni, akkor otthona elhagyása nélkül is megrendelheti ezt a weboldalon, például: http://www.aqualader.ru/. Ezt követően a vízszállító cég házhoz szállítja.

A hétköznapi megfigyelők már régóta észrevették azt a tényt, hogy a forrásban lévő víz mindhárom szakaszát különféle hangok kísérik. A víz az első szakaszban alig hallható vékony hangot ad. A második szakaszban a hang zajba megy át, ami egy méhraj zümmögésére emlékeztet. A harmadik szakaszban a forrásban lévő víz hangjai elvesztik egységességüket, élesek és hangosak, kaotikusan növekednek.

Minden forrásban lévő víz szakasz tapasztalattal könnyen ellenőrizhetők. Miután megkezdtük a víz melegítését egy nyitott üvegedényben, és rendszeres időközönként mértük a hőmérsékletet, rövid idő elteltével elkezdjük megfigyelni a tartály alját és falait borító buborékokat.

Nézzük meg közelebbről az alján megjelenő buborékot. Fokozatosan növelve a térfogatát, a buborék növeli a melegedő vízzel való érintkezési területet is, amely még nem érte el a magas hőmérsékletet. Ennek eredményeként a buborékban lévő gőz és levegő lehűl, aminek következtében a nyomásuk csökken, és a víz gravitációja szétrobbantja a buborékot. Ebben a pillanatban a víz a forrásra jellemző hangot ad, ami a víz ütközése miatt következik be az edény aljával azokon a helyeken, ahol a buborékok felrobbannak.

Amint a víz alsó rétegeiben a hőmérséklet megközelíti a 100 Celsius fokot, a buborékon belüli nyomás kiegyenlítődik a rájuk ható víznyomással, aminek következtében a buborékok fokozatosan kitágulnak. A buborékok térfogatának növekedése a rájuk ható felhajtóerő növekedéséhez is vezet, aminek hatására a legnagyobb térfogatú buborékok elszakadnak a tartály falától, és gyorsan felfelé emelkednek. Ha a víz felső rétege még nem érte el a 100 fokot, akkor a hidegebb vízbe hulló buborék elveszti a lecsapódó vízgőz egy részét, és a vízbe kerül. Ebben az esetben a buborékok mérete ismét csökken, és a gravitáció hatására leesik. A fenék közelében ismét térfogatot kapnak, és felfelé emelkednek, és a buborékméret változásai okozzák a forrásban lévő víz jellegzetes zaját.

Mire a teljes víztérfogat eléri a 100 fokot, a felszálló buborékok mérete már nem csökken, hanem a víz felszínén törnek fel. Ebben az esetben gőz távozik kifelé, jellegzetes gurgulázó hang kíséretében - ez azt jelenti víz forr. Az a hőmérséklet, amelyen a folyadék eléri a forráspontot, a szabad felületén tapasztalható nyomástól függ. Minél nagyobb ez a nyomás, annál magasabb a szükséges hőmérséklet, és fordítva.

Az a víz forr 100 Celsius fok köztudott tény. De érdemes megfontolni, hogy ez a hőmérséklet csak normál légköri nyomáson (kb. 101 kilopascal) érvényes. A nyomás növekedésével az a hőmérséklet is növekszik, amelyen a folyadék eléri a forráspontot. Például a gyorsfőző edényekben az ételeket 200 kilopascalhoz közelítő nyomáson főzik, amelynél a víz forráspontja 120 fok. Ilyen hőmérsékletű vízben a főzés sokkal gyorsabban megy végbe, mint normál forrásponton – innen ered a serpenyő neve.

Ennek megfelelően a nyomás csökkenése csökkenti a víz forráspontját. Például a hegyvidéki régiók lakói, akik 3 kilométeres magasságban élnek, gyorsabban érik el a forrásvizet, mint az alföldi lakosok - a forrásban lévő víz minden szakasza gyorsabban megy végbe, mivel ehhez mindössze 90 fokra van szükség 70 kilopascal nyomáson. De a hegyi lakosok nem főzhetnek például egy csirke tojást, mivel a minimális hőmérséklet, amelyen a fehér koagulál, pontosan 100 Celsius fok.