Кипіння рідин. Залежність температури кипіння від тиску
Кипіння - це пароутворення, що відбувається одночасно і з поверхні, і по всьому об'єму рідини. Воно полягає в тому, що спливають і лопаються численні бульбашки, викликаючи характерне бурління.
Як показує досвід, кипіння рідини при заданому зовнішньому тиску починається при цілком певній і не змінюється в процесі кипіння температурі і може відбуватися тільки при підводі енергії ззовні в результаті теплообміну (рис. 1):
\ (~ Q = Lm, \)
де L - питома теплота пароутворення при температурі кипіння.
Мал. 1
Механізм кипіння: в рідині завжди є розчинений газ, ступінь розчинення якого знижується з ростом температури. Крім того, на стінках посудини є адсорбований газ. При нагріванні рідини знизу (рис. 2) газ починає виділятися у вигляді бульбашок у стінок посудини. У ці бульбашки відбувається випаровування рідини. Тому в них, крім повітря, знаходиться насичений пар, тиск якого з ростом температури швидко збільшується, і бульбашки ростуть в обсязі, а отже, збільшуються діючі на них сили Архімеда. Коли виштовхує сила стане більше сили тяжіння бульбашки, він починає спливати. Але поки рідина не буде рівномірно прогріта, у міру спливання обсяг бульбашки зменшується (тиск насиченої пари зменшується зі зниженням температури) і, не досягнувши вільної поверхні, бульбашки зникають (закриваються) (рис. 2, а), ось чому ми чуємо характерний шум перед закипанням. Коли температура рідини вирівняється, обсяг бульбашки при підйомі буде зростати, так як тиск насиченої пари не змінюється, а зовнішній тиск на пухирець, що представляє собою суму гідростатичного тиску рідини, що знаходиться над бульбашкою, і атмосферного, зменшується. Бульбашка досягає вільної поверхні рідини, лопається, і насичена пара виходить назовні (рис. 2, б) - рідина закипає. Тиск насиченої пари при цьому в бульбашках практично дорівнює зовнішньому тиску.
Мал. 2
Температура, при якій тиск насиченої пари рідини дорівнює зовнішньому тиску на її вільну поверхню, називається температурою кипіння рідини.
Так як тиск насиченої пари збільшується з ростом температури, а при кипінні воно має дорівнювати зовнішньому, то при збільшенні зовнішнього тиску температура кипіння збільшується.
Температура кипіння залежить також від наявності домішок, зазвичай збільшуючись з ростом концентрації домішок.
Якщо попередньо звільнити рідина від розчиненого в ній газу, то її можна перегріти, тобто нагріти вище температури кипіння. Це нестійкий стан рідини. Досить невеликих струсів і рідина закипає, а її температура відразу знижується до температури кипіння.
література
Аксеновіч Л. А. Фізика в середній школі: Теорія. Завдання. Тести: Учеб. посібник для установ, що забезпечують отримання заг. середовищ, освіти / Л. А. Аксеновіч, Н.Н.Ракіна, К. С. Фаріно; Під ред. К. С. Фаріно. - Мн .: Адукация i вихаванне, 2004. - C. 200-201.