Почему вода кипит при разной температуре

Вода кипит при разной температуре потому, что кипение определяется не только нагревом, но и внешним давлением. Пузырьки пара могут устойчиво расти, когда давление насыщенного водяного пара сравнивается с давлением над жидкостью. Если внешнее давление снизить, это равенство наступит раньше; если повысить — позже.

Главная причина — давление

Молекулы непрерывно покидают поверхность воды и возвращаются обратно. С ростом температуры давление насыщенного пара увеличивается. Когда оно достигает внешнего давления, пар начинает образовываться не только на поверхности, но и внутри жидкости.

При стандартном давлении 101,325 кПа чистая вода кипит при 100 °C. Это не универсальная постоянная, а одна точка на кривой зависимости температуры насыщения от давления.

Почему в горах вода кипит раньше

С высотой столб воздуха над поверхностью уменьшается, поэтому атмосферное давление падает. На высоте около 2000 м вода может кипеть примерно при 93 °C, а около 3000 м — примерно при 90 °C. На вершине Эвереста при характерном низком давлении точка кипения находится примерно около 70 °C, хотя меняется вместе с погодой.

Выражение «кипит раньше» относится к меньшей температуре, а не обязательно к меньшему времени нагревания: время зависит от мощности нагревателя, количества воды, посуды и потерь тепла.

Почему пища в горах готовится дольше

Кипящая вода высоко в горах холоднее, чем у уровня моря. Поэтому варка идёт при меньшей температуре и требует больше времени. Усиление огня после устойчивого закипания в открытой кастрюле почти не повышает температуру воды, а главным образом ускоряет образование пара.

Что происходит у уровня моря

Вблизи уровня моря среднее давление обычно близко к одной атмосфере, поэтому чистая вода кипит около 100 °C. Но барометрическое давление меняется с погодой. Циклон немного понижает точку кипения, антициклон повышает. В быту различие обычно составляет доли градуса и почти незаметно.

Кипение в вакууме

При сильном разрежении вода может кипеть при комнатной температуре и даже ниже. Например, при давлении около 2,34 кПа точка кипения составляет примерно 20 °C. Испарение отнимает энергию у оставшейся жидкости, поэтому в вакууме интенсивно кипящая вода быстро охлаждается и при подходящих условиях может замёрзнуть.

Вакуумное кипение применяют для выпаривания и сушки термочувствительных продуктов, в фармацевтике и химической промышленности.

Почему в скороварке температура выше

Герметичная крышка удерживает часть пара, давление внутри повышается, и вода перестаёт кипеть при 100 °C. В бытовой скороварке температура может достигать примерно 110–120 °C. Более горячая вода и пар ускоряют приготовление пищи.

Клапан ограничивает рабочее давление. Исправность крышки, уплотнения и клапана имеет принципиальное значение для безопасной работы.

Как влияют растворённые соли

Соль уменьшает долю молекул воды у поверхности и понижает давление её пара. Чтобы давление пара сравнялось с атмосферным, раствор приходится нагреть сильнее. Поэтому солёная вода кипит при более высокой температуре, но кухонная щепотка соли даёт очень небольшое изменение.

Чистота воды и перегрев

Примеси и шероховатости обычно создают центры образования пузырьков. Очень чистая вода в гладкой ёмкости способна перегреться без заметного кипения, особенно в микроволновой печи. После нарушения равновесия она может вскипеть резко. Это не изменение равновесной точки кипения, а задержка зарождения пузырьков.

Почему показания термометров различаются

Результат зависит от места измерения, точности и калибровки прибора. Датчик, касающийся дна, показывает температуру нагретой поверхности, а не только воды. Давление следует измерять одновременно: высота над уровнем моря даёт лишь приближённую оценку.

Почему электрический чайник выключается

Большинство простых чайников не измеряет точные 100 °C в воде. Пар поступает к биметаллическому термовыключателю, тот нагревается и размыкает цепь. Поэтому чайник отключается при устойчивом образовании пара; на большой высоте это происходит при более низкой температуре воды.

Примерные значения по высоте

Таблица округлена. Давление на одной высоте меняется в зависимости от температуры воздуха и синоптической ситуации.

От чего не зависит равновесная точка кипения

При одинаковом составе и давлении точка кипения не зависит от общего количества воды, формы кастрюли и мощности плиты. Эти факторы влияют на время нагрева и интенсивность кипения, но не задают температуру фазового равновесия.

Крышка обычной негерметичной кастрюли уменьшает потерю тепла и ускоряет нагрев, однако не создаёт давления, сравнимого со скороваркой.

Где используют зависимость от давления

Связь температуры кипения с давлением лежит в основе паровых котлов, автоклавов, холодильной техники, вакуумной дистилляции и высотомеров, использующих барометрическое давление. По температуре кипения при известном составе можно приблизительно оценить давление, а по давлению — высоту.

{{I6}}

Краткие ответы

Почему вода в горах кипит ниже 100 градусов

Из-за меньшего атмосферного давления: пузырьки пара могут расти при более низкой температуре.

Почему в скороварке вода горячее 100 градусов

Пар повышает давление внутри герметичного сосуда, и точка кипения сдвигается вверх.

Сильно ли соль повышает температуру кипения

В обычной кулинарной концентрации — лишь незначительно. Заметное повышение требует концентрированного раствора.

Может ли вода кипеть и замерзать одновременно

При низком давлении интенсивное испарение охлаждает воду; в вакуумном опыте часть воды может кипеть, а оставшаяся часть — замерзать.