06-е. Кипение и конденсация
§ 06-е. Кипение и конденсация
Нальём в сосуд чистую воду и поместим над горелкой. Вскоре на дне и стенках сосуда мы заметим мелкие пузырьки. Они содержат водяной пар и воздух, который всегда растворён в воде.
Рассмотрим пузырёк, возникающий у горячего дна сосуда. Увеличиваясь в объёме, пузырёк увеличивает свою площадь соприкосновения с ещё недостаточно прогревшейся водой. В результате воздух и пар внутри пузырька охлаждаются, их давление уменьшается, и тяжесть слоя воды «захлопывает» пузырёк. Таких схлопывающихся пузырьков много, поэтому закипающая вода всегда издаёт шум. Постепенно вода прогревается сильнее, и давление пара внутри пузырьков при их росте уже не уменьшается — пузырьки перестают схлопываться и начинают расти. По мере увеличения объёма пузырьков возрастает архимедова сила, и пузырьки начинают всплывать, а шум становится тише.
Итак, кипением называется интенсивное (бурное) парообразование, происходящее по всему объёму жидкости за счёт возникновения и всплытия многочисленных пузырей пара. Опыты показывают, что температуры кипящей жидкости и пара над её поверхностью одинаковы и остаются постоянными до полного выкипания жидкости (см. рисунок).
Каждая жидкость кипит при строго определённой температуре (см. таблицу). Поэтому температура кипения — характеристика вещества, по которой его можно распознать (идентифицировать). Важно понимать: если давление на жидкость отличается от атмосферного, температура кипения изменяется, но остаётся постоянной до полного выкипания жидкости.
При температуре кипения каждого вещества одновременно сосуществуют два его состояния — жидкое и газообразное.
| Температуры кипения жидкостей, °С (при ратм = 100 кПа) | ||||
| Кислород | –183 | Вода | 100 | |
| Эфир | 35 | Ртуть | 3570 | |
| Свинец | 78 | Свинец | 1745 | |
Чтобы подтвердить зависимость температуры кипения жидкости от давления, проделаем опыт (см. рисунок). Возьмём колбу и вскипятим в ней обычную воду. Немного подождём, чтобы кипение воды прекратилось, а затем плотно закроем колбу пробкой с трубкой, присоединённой к насосу. Откачивая из колбы воздух и водяной пар, мы заставим воду кипеть вновь без нагревания!
Итак, опытным путём мы установили, что при уменьшении давления жидкость начинает кипеть при меньшей температуре. Это можно объяснить на основе закона Паскаля. Атмосферное давление передаётся через слой жидкости до её дна и способствует схлопыванию пузырьков. Используя насос, мы уменьшаем давление, передаваемое водой, на пузырьки. В результате они перестают схлопываться, начинают расти и всплывать к поверхности — вода кипит.
Конденсация — это превращение газообразного вещества в жидкое. Взгляните на рисунок справа: пар, вырывающийся из чайника невидимой струёй, вскоре конденсируется — превращается в туман (скопление мельчайших капелек воды). Чтобы произошла конденсация пара (или газа), он должен отдать теплоту окружающим телам. В результате пар станет жидкостью, а окружающие тела нагреются. С точки зрения физики «пар» и «газ» — синонимы.