Физика › 8 класс › Изменение агрегатных состояний вещества

Тема 20Кипение

★★★

Термины темы — найди их в тексте:КипениеТемпература кипениякипиттемпература жидкости не меняетсялетучиебольшевышеменьшениже

Поставим воду на огонь и будем наблюдать.

Опыт

На дне и стенках появляются пузырьки. В них воздух, растворённый в воде, и насыщенный водяной пар.
Пузырьки растут, всплывают и попадают в холодные верхние слои. Пар в них конденсируется, и пузырьки схлопываются — вода «шумит».
Когда прогреется вся вода, пузырьки уже не схлопываются: они растут, поднимаются к поверхности и лопаются, выбрасывая пар. Вода кипит.

Пузырьки всплывают под действием выталкивающей силы. Во время кипения термометр показывает 100 °C Иллюстрация: light-fizika.ru

Определение

Кипение — интенсивное парообразование по всему объёму жидкости, когда внутри неё растут и всплывают пузырьки пара. Температура кипения — температура, при которой жидкость кипит.

Закон

Во время кипения температура жидкости не меняется, хотя нагреватель продолжает передавать ей энергию.

График: вода нагревается до 100 °C, потом кипит при постоянной температуре Иллюстрация: light-fizika.ru

Почему так?

Энергия при кипении идёт не на разгон молекул, а на то, чтобы растащить их далеко друг от друга, — растёт их потенциальная энергия. Поэтому внутренняя энергия пара больше, чем у воды той же температуры, и ожог паром тяжелее ожога кипятком.

Температура кипения некоторых веществ, °C (при нормальном давлении)

Вещество	$t_{\text{кип}}$	Вещество	$t_{\text{кип}}$
Водород	−253	Вода	100
Азот	−196	Ртуть	357
Кислород	−183	Свинец	1740
Эфир	35	Медь	2567
Спирт	78	Железо	2750

Эфир и спирт — летучие жидкости: их молекулы слабо притягиваются, и они кипят при низкой температуре.

Кипение и давление

Чем больше давление над жидкостью, тем выше температура кипения. Чем давление меньше, тем температура кипения ниже.

В горах давление ниже: на вершине Эльбруса вода кипит примерно при $82\,{}^\circ\text{C}$ — мясо там не сварить.
В скороварке давление выше: вода кипит примерно при $120\,{}^\circ\text{C}$ , и еда готовится быстрее.

Чем выше в горы, тем ниже давление и температура кипения Иллюстрация: light-fizika.ru

Испарение и кипение

	Испарение	Кипение
Где идёт	с поверхности	по всему объёму
При какой температуре	при любой	при температуре кипения
Температура жидкости	понижается	не меняется

Под крышкой вода закипает быстрее — пар не уносит энергию Иллюстрация: light-fizika.ru

Образ для запоминания

Кипение — «испарение изнутри»: пузырьки пара рождаются по всему объёму. Пока жидкость кипит, термометр «замер», а вся энергия уходит в пар.

⚗ Мини-опыт

Нагревайте воду и следите за пузырьками: сначала они схлопываются, не долетев до поверхности, потом начинается кипение. Повторите опыт «в горах» и «в скороварке» — при какой температуре закипает вода?

▶ Симуляция PhET

На вкладке «Изменения фазы» откройте фазовую диаграмму, нагревайте воду и меняйте давление, сжимая сосуд крышкой. Как от давления зависит температура кипения?

Агрегатное состояние веществаОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Как меняется температура воды во время кипения?

Энергия идёт на парообразование, а не на нагрев.

2Почему в горах вода закипает при температуре ниже

100\,{}^\circ\text{C}

Температура кипения зависит от давления.

3Чем кипение отличается от испарения?

Испарение — с поверхности и при любой температуре.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

При какой температуре кипит спирт при нормальном давлении?
Ответ
При $78\,{}^\circ\text{C}$ .
Как получилось?
Меняется ли температура воды, пока она кипит?
Ответ
Нет, остаётся $100\,{}^\circ\text{C}$ (при нормальном давлении).
Как получилось?
Почему в горах трудно сварить мясо?
Ответ
Давление ниже, и вода кипит при температуре меньше $100\,{}^\circ\text{C}$ .
Как получилось?
Почему в скороварке еда готовится быстрее?
Ответ
Давление внутри повышено, и вода кипит при более высокой температуре (около $120\,{}^\circ\text{C}$ ).
Как получилось?
Почему перед закипанием вода в чайнике шумит?
Ответ
Пузырьки с паром попадают в холодные верхние слои, пар конденсируется, и пузырьки схлопываются.
Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

Почему спиртовым термометром нельзя измерить температуру кипящей воды, а ртутным — можно?
Ответ
Спирт закипает уже при $78\,{}^\circ\text{C}$ , а ртуть — только при $357\,{}^\circ\text{C}$ .
Как получилось?
Можно ли довести воду до кипения, поставив кастрюлю с ней в другую кастрюлю с кипящей водой?
Ответ
Нет: вода во внутренней кастрюле нагреется до $100\,{}^\circ\text{C}$ , но теплообмен прекратится, и энергии на парообразование не будет.
Как получилось?
Что опаснее: ожог паром при $100\,{}^\circ\text{C}$ или кипятком при $100\,{}^\circ\text{C}$ ? Почему?
Ответ
Паром: при конденсации на коже он дополнительно отдаёт большое количество теплоты.
Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Кипение

Парообразование по всему объёму жидкости при температуре кипения.

Температура кипения

Температура, при которой жидкость кипит.

Температура при кипении

Не меняется.

Кипение и давление

Больше давление — выше температура кипения.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.