Объясни тему: кипение

Коротко. Кипение — это парообразование по всему объёму жидкости: внутри неё образуются пузырьки пара, они растут, всплывают и лопаются на поверхности. Кипение начинается при температуре кипения, когда давление насыщенного пара жидкости становится равно внешнему давлению. Для воды при нормальном атмосферном давлении \(t_{\mathrm{кип}}\approx 100^\circ\mathrm{C}\). Пока жидкость кипит, её температура не растёт, хотя тепло продолжает подводиться.

Как это происходит по шагам

1. Жидкость нагревается: молекулы движутся быстрее, температура повышается.
2. Внутри жидкости появляются пузырьки пара. Если давление пара в пузырьке меньше внешнего давления, пузырёк сжимается.
3. При температуре кипения давление насыщенного пара становится достаточно большим, чтобы пузырьки росли и поднимались. На поверхности пар выходит наружу.
4. Дальше подводимая энергия расходуется не на повышение температуры, а на превращение жидкости в пар. Поэтому температура остаётся примерно постоянной, пока вся жидкость не выкипит.

Почему температура не растёт. При кипении энергия идёт на разрыв связей между молекулами — на переход жидкости в пар. Средняя скорость молекул и температура при этом не увеличиваются.

От чего зависит температура кипения. От внешнего давления:

• чем меньше давление, тем ниже температура кипения;
• чем больше давление, тем выше температура кипения.

Поэтому в горах вода кипит ниже \(100^\circ\mathrm{C}\), а в скороварке — выше \(100^\circ\mathrm{C}\). В скороварке вода горячее, поэтому продукты готовятся быстрее.

Чем кипение отличается от испарения

• Испарение происходит при любой температуре и только с поверхности жидкости.
• Кипение происходит при температуре кипения и по всему объёму жидкости.
• И испарение, и кипение — это парообразование, то есть превращение жидкости в пар.

Расчёт. Чтобы превратить уже кипящую жидкость массой \(m\) в пар при той же температуре, нужно количество теплоты \[ Q=Lm, \] где \(L\) — удельная теплота парообразования, Дж/кг. Для воды \(L\approx 2{,}3\cdot 10^6\) Дж/кг. Например, для \(m=0{,}5\) кг: \[ Q=0{,}5\cdot 2{,}3\cdot 10^6=1{,}15\cdot 10^6\text{ Дж}=1{,}15\text{ МДж}. \]

Проверка. Если вода кипит, термометр не должен показывать заметный рост температуры, пока вода не выкипит. Если температура продолжает расти, значит, кипения ещё нет или измеряется уже пар/другое тело.