Звідки в киплячій воді бульбашки?
Поява швидко лопаються, вируючих бульбашок на поверхні вказує нам на те, що вода закипіла. Варто розібратися, що таке кипіння, з яких фаз воно складається і чому в воді утворюються бульбашки.
Що таке кипіння?
Кипіння – це процес активного утворення пари, який відбувається всередині і на поверхні рідини. Він може виникати тільки за умови певного тиску і температури рідини.
Всупереч поширеному міфу, сіль не прискорює кипіння, а лише збільшує кількість бульбашок – створює багато парообразовательних центрів
Виходячи з цього, температура, при якій закипає рідина, називається її температурою або точкою кипіння. У всіх речовин даний показник різний. Наприклад, вода кипить при 100 ℃, спирт – при 78 ℃, ртуть – при 357 ℃.
Цікавий факт: в горах вода буде закипати швидше. Це пов'язано зі зниженням атмосферного тиску з висотою. Так, на висоті 9000 м над рівнем моря вода почне кипіти при температурі 75 ℃.
фази кипіння
Найпростіший приклад кипіння – поступове нагрівання каструлі з водою на кухонній плиті. Незабаром можна помітити безліч дрібних бульбашок, які піднімаються на поверхню. Вони складаються з повітря, газів, які присутні у воді. Якщо каструля накрита кришкою, на ній зсередини з'явиться пар. Це означає, що рідина нагрівається – перша фаза (60-75 ℃).
Логічно, що на самому дні ємності вода буде нагріватися швидше, так як найближче знаходиться до джерела тепла. Спрацьовує режим конвекції: нагріта рідина піднімається вгору, а більш прохолодна – опускається вниз. Відбувається змішування води.
Цікаво: В чому різниця між рестораном і кафе?
Стадії кипіння води
Далі нижній шар рідини починає потроху випаровуватися – друга фаза (75-90 ℃). Цей процес супроводжується характерними звуками у вигляді дзижчання, уривчастих гудків і т.п. Виходять вони якраз з лопаються в масі води бульбашок, які вже стали набагато більшими. Піднімаючись з дна каструлі, вони стикаються з холодною водою і пар усередині бульбашки конденсується.
Якщо подача тепла не припиняється, вся вода стає приблизно однаковою температури, починається третя фаза. Тепер міхури не конденсуються, можуть вільно досягати поверхні і вибухати там. До цього моменту шум води наростає, а потім починає стихати. Лише зараз можна говорити про те, що рідина кипить (100 ℃).
Цікаво, що в побутових умовах неможливо перейти до наступної фази. Температура кипіння досягнута, і вода буде просто випаровуватися. Але, наприклад, в лабораторії можна продовжити підвищення температури за допомогою пальника. При цьому кількість бульбашок стане настільки величезним, що всі разом вони утворюють стовпи пари.
В даному випадку говорять про бульбашкової кипінні. Подальший нагрів запускає перехідний режим. Що цікаво, чим сильніше при цьому підвищується температура, тим повільніше відбувається передача тепла воді. Справа в тому, що на дні каструлі формується шар пара, який гірше передає тепло.
ефект Лейденфроста
Поступово він стає суцільним. Запускається фаза плівкового кипіння – вода над шаром пара отримує тепло дуже повільно. Яскравий приклад цього явища – крапля води, пролита на дуже добре розігріту сковорідку. Якщо температура ємності перевищує температуру кипіння води, то крапля не випарується миттєво, а згорнеться в кульку і зможе проіснувати близько хвилини.
Цікаво: Чому в Лондоні червоні автобуси і телефонні будки? Причини, фото і відео
Дане явище описано німецьким вченим Йоганном Готлоб Лейденфростом в 1756 р, тому зараз воно так і називається – ефект Лейденфроста. Секрет бігають по сковороді крапель досить простий. Потрапляючи на розігріту поверхню, нижня частина краплі миттєво випаровується і утворює шар пара, який ізолює решту рідина на деякий час.
Чому в киплячій воді утворюються бульбашки?
Що ж викликає поява бульбашок в киплячій воді? У ємності є мікроскопічні тріщини і западини. Вони служать центрами пароутворення. Саме на цих шорстких ділянках руйнуються водневі зв'язки між молекулами.
Цікавий факт: на відміну від води, молоко під час закипання починає інтенсивно «тікати» з ємності. Так відбувається через наявність в його складі довгих полімерних молекул, які чіпляються один до одного і утворюють плівку на поверхні. Тим часом, в процесі кипіння формуються бульбашки, піднімаються вгору, але вони не лопаються через плівки і накопичуються.
Швидко тікає молочна пінка – безліч проблем, що накопичилися бульбашок під плівкою
Назовні вивільняється певний обсяг пара. Бульбашка поступово збільшується і відривається від поверхні, однак на його місці утворюється новий. Якщо поверхню ємності дуже гладка, вода може нагрітися до 100 ℃, але так і не перейде в стадію кипіння. Таку рідину називають перегрітої. Вона може закипіти миттєво в разі потрапляння домішок або поштовху посуду.
Бульбашки в киплячій воді – це розчинений в ній повітря. Його молекули збираються в центрах пароутворення, якими служать мікротріщини на дні ємності. Поступово бульбашки збільшуються в розмірах, відриваються від дна і лопаються на поверхні, а на їх місці виникають нові.