Образовака🌡️ Физика8 классИзменение агрегатных состояний вещества

Кипение

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 175.

Из курса физики 8 класса известно, что вещества в обычных условиях могут иметь три агрегатных состояния: твёрдое, жидкое и газообразное. Если переход из жидкого состояния в газообразное происходит по всему объёму жидкости, такой переход называется кипением. Рассмотрим эту тему подробнее, разберём механизм этого физического явления и его особенности.

Кипение жидкости

Главным отличием состояния молекул в жидкости и газе является их разная кинетическая энергия. Молекулы жидкости движутся с относительно небольшими скоростями и находятся близко друг к другу. Молекулы газа движутся значительно быстрее и находятся на больших расстояниях. Следовательно, для перехода в газообразное состояние молекулы должны получить дополнительную тепловую энергию.

Чем выше температура жидкости, тем большее количество молекул обладают скоростями, достаточными, чтобы оторваться от других молекул и перейти в газ. При некоторой температуре таких «быстрых» молекул оказывается так много, что они всё чаще оказываются рядом, и тогда их энергии хватает, чтобы образовывать пузырёк насыщенного пара внутри слоя жидкости. Пузырёк становится «центром испарения».

При этом он начинает выталкиваться вверх, по пути захватывая все больше таких быстрых молекул, и увеличиваясь в размерах. По мере роста температуры жидкости таких пузырьков с насыщенным паром становится всё больше, и при некоторой температуре весь объём жидкости заполняется такими пузырьками.

Переход жидкости в пар, происходящий одновременно во всем объёме жидкости, называется кипением.

Свойства кипения

Таким образом, кипение начинается тогда, когда давление насыщенного пара сравнивается с давлением внутри жидкости. Из формулы уравнения Менделеева — Клапейрона следует, что это давление растёт с повышением температуры. Если увеличить внешнее давление, то это приведёт к увеличению давления насыщенного пара, следовательно, кипение прекратится. И наоборот, при уменьшении внешнего давления жидкость может начать кипеть даже без подвода к жидкости дополнительного тепла.

Ещё одним свойством рассматриваемого явления является то, что оно возможно лишь тогда, когда температура жидкости достигает определённой точки, называемой «температурой кипения». И в этот момент температура воды перестаёт увеличиваться, несмотря на нагревание. Происходит это потому, что все молекулы, набирающие достаточную энергию, сразу переходят в газ, по всему объёму жидкости. В жидкости остаются только более медленные молекулы с меньшей температурой. Как только эти молекулы «нагреваются», они также покидают жидкость.

Получается, что в процессе кипения вся тепловая энергия, подводимая к жидкости, тратится на образование пара, а не на нагревание жидкости. Каждый килограмм пара для образования требует некоторое количество тепловой энергии, и эта энергия называется удельной теплотой кипения, или парообразования. Для её определения используются справочные таблицы. Температура пара при этом равна температуре жидкости (для воды в нормальных условиях — 100 °С).

Поэтому невозможно довести воду до кипения при нагревании «на водяной бане». Температура в кипящей водяной бане будет равна 100 °С, и она будет такой же, как температура нагреваемой воды. Подвод дополнительного тепла к нагреваемой жидкости прекратится. А для кипения требуется дополнительное тепло. То есть нагревание на водяной бане используется тогда, когда надо максимально приблизиться к кипению жидкости, но не вскипятить её.

Что мы узнали?

Кипение — это переход жидкости в газообразное состояние сразу по всему объёму жидкости. Такой переход начинается тогда, когда давление насыщенного пара сравняется с давлением внутри жидкости. Во время кипения температура жидкости не повышается потому, что всё подводимое тепло уходит на газообразование.