Чому кипить вода

Шкільний курс фізики давно позаду і ви, напевно, вже не зможете відповісти на таке питання: «А чому кипить вода? Які властивості води вам відомі?». Поговоримо про температурі закипання води і особливості процесу кипіння – розвінчанням міфи про воду.

Ви неодноразово спостерігали процес закипання води, розглянемо його детальніше. Ставимо на включену плиту ємність з водопровідною водою, в процесі підвищення температури води на дні ємності (особливо в місцях, де є тріщини і пошкодження) починають накопичуватися маленькі бульбашки.

В цих бульбашках містяться молекули повітря, в процесі закипання вони збільшуються в розмірах і швидко піднімаються на поверхню. Важливо відзначити, що поява перших бульбашок не показник закипання води, а тільки – нагрівання. Завдяки такій властивості води як конвекція відбувається циркуляція холодної і нагрітої води в ємності, гаряча вода піднімається вгору, а холодний опускається на дно.

На дні, вода нагрівається швидше, так як немає контакту з атмосферою, в підсумку досягаючи температури кипіння води – 100°C ми отримуємо кип’ячену воду. Як метафорично стверджують деякі вчені під час останньої стадії закипання води, коли відбувається підняття бульбашки пари з гарячою в холодну воду, водопровідна вода співає, видає щебетання і гудіння. При тривалому нагріванні води, шум йде, і бульбашки легко досягають поверхні, що б луснути – тепер температура води досягла кипіння.

В умовах лабораторії, процес підвищення та контролю температури води можна продовжити і поспостерігати за змінами, що відбуваються. Численні бульбашки об’єднуються в стовпи пари і температура закипання води переходить у стадію пароутворення або як його ще називають учені – «зародишеве» пароутворення.

Наступний перехідний режим полягає у зменшенні передачі тепла воді від ємності, цей етап може бути небезпечний, так як сильний перегрів ємності може призвести до її деформації і пошкодження. Але якщо тримати нагрівання ємності під контролем, можна спостерігати наступний етап – плівкове кипіння. При цьому кипінні водопровідної води дно ємності покривається пором.

Плівкове кипіння можна спостерігати в такому побутовому досвід: поставте розігріватися сковороду на плиту і почекайте, поки вона нагріється.

На розігріту сковороду бризніть кілька крапель води. Швидке зникнення/ випаровування крапель води свідчить, що поверхня ще не нагрілася, при повторній спробі через час – краплі води повинні згорнутися в кульки і крутитися на поверхні близько хвилини, а потім зникнути – сковорода розігріта і готова до приготування їжі.

Температура поверхні в першому випадку буде досягати 100 – 200 °С, при другому, більш 200°С, даний досвід з вивченням води та її властивостей був описаний ще в 1732 році Йоганн Готліб Лейденфростом в «Трактаті про деякі властивості звичайної води».

Подібні досліди можна проводити не тільки з чистою водою, але і з іншими рідинами: оцтом, рідким азотом і т. д., але для цього потрібно не тільки озброїтися знаннями про воду і її властивості, але й запастися терпінням і мужністю.

Спробуємо пояснити на основі набутих знань, цікавий досвід, пов’язаний з ефектом Лейденфроста – ходьбу по гарячим вугіллям. Боротьба організму людини і його душі тут на другому плані, на першому – знання фізики. Поверхня гарячих вугілля володіє низькою теплопровідністю. Якщо ноги змочити чистою водою, то це допоможе захистити поверхню. Під час випаровування води на ступнях з’явиться ефект плівкового кипіння, це дозволить знизити больовий синдром.