Презентация исследовательской работы "Кипение воды"

Проект
Кипение воды
Выполнил: ученик 8 «Г» класса
Гончаров Игорь

Цель – изучить процесс кипения с проведением практического опыта.

Задачи:
- описать кипение как физический процесс;
- проанализировать термодинамические особенности данного процесса;
- провести опыт «Кипение жидкости в разных ёмкостях».

Объект: кипение воды.

Предмет: процесс кипения жидкости.

Кипение: понятие, особенности

Определение понятия «Кипение»
Кипение  — процесс интенсивного парообразования, который происходит в жидкости, как на свободной её поверхности, так и внутри её структуры.
Температура, при которой происходит кипение жидкости, находящейся под постоянным давлением, называется температурой кипения.
Кипячение воды представляет собой процесс нагревания её до температуры кипения с целью получения кипятка.

Термодинамические особенности

По мере нагрева жидкости на греющей поверхности образуются пузырьки пара, внутрь которых испаряется жидко
При увеличении температуры увеличивается давление насыщенных паров. Из постоянства атмосферного и "внутрипузырькового" давлений следует, что должно уменьшиться парциальное давление сухих газов в пузырьке, что говорит о увеличении объёма пузыря. Когда давление насыщенных паров доходит до атмосферного, давление сухих газов должно стать равным нулю.

Кроме того, кипение различают по типам:
- кипение при свободной конвекции в большом объёме;
- кипение при вынужденной конвекции.

А также по отношению средней температуры жидкости к температуре насыщения:
- кипение жидкости, недогретой до температуры насыщения (поверхностное кипение);
- кипение жидкости, догретой до температуры насыщения.

Режимы кипения

Пузырьковое кипение
Пленочное кипение
жидкость непосредственно омывает поверхность нагрева, причем ее пограничный слой интенсивно разрушается возникающими паровыми пузырями
жидкость отделена от поверхности нагрева слоем пара, с внешней стороны которого время от времени отрываются и всплывают крупные пузыри

Условия возникновения и перехода от одного режима к другому

Возникновение того или иного вида кипения определяется плотностью теплового потока у поверхности нагрева:

1. при которой происходит переход от пузырькового кипения к пленочному;
2. при которой происходит разрушение сплошного парового слоя и восстановление пузырькового режима кипения.

Паровая пленка обычно возникает в отдельных местах поверхности нагрева при достижении значений теплового потока выше критического и далее с конечной скоростью распространяется по всей поверхности нагрева.

Применение в теплообменной технике

Возникают различные режимы кипения необходимо для расчета теплообменников, используемых в качестве испарителей.

При появлении пленочного режима кипения, эффективность работы испарителя падает и температура охлаждаемой среды на выходе из теплообменника оказывается выше заданной.

Механизм кипения

переход вещества из жидкой фазы в газообразную.

От испарения кипение отличается тем, что процесс парообразования происходит не только на поверхности, но и по всему объёму жидкости.
Для кипения необходимо что-то, куда жидкость могла бы испаряться внутри своего объёма — пустое пространство.

Перегретая вода- это такое её состояние, когда она достигла температуры кипения, но не может закипеть в связи с отсутствием центров кипения.

Температура закипания воды

Температура кипения характерна для каждого вещества и зависит не только от вида жидкости, но и от атмосферного давления воздуха. В процессе кипения температура воды остаётся постоянной и равняется температуре кипения, поскольку вся энергия затрачивается на парообразование.
В нормальных условиях точка кипения воды составляет 100 градусов Цельсия или 212 градусов по Фаренгейту.

Влияние давления

При температуре кипения давление насыщенного пара равняется внешнему. Изменить давление можно, например, поднявшись высоко в горы. Атмосферное давление станет ниже, чем в обычной ситуации. И температура кипения воды станет ниже.
В закрытом сосуде давление будет складываться из атмосферного давления и давления пара, который находится над жидкостью. Таким образом, общее внешнее давление станет больше и это позволит поднять температуру кипения.

Кипение соленой воды

Согласно второму закону Рауля, соленая вода должна кипеть при более высокой температуре, чем пресная. Упрощенно эту теорию можно объяснить так:
в соленой жидкости молекулы H2O(воды) связываются с ионами соли.
В результате этого процесса образуются крепкие связи, которые сильнее, чем связи между молекулами воды в несоленой жидкости. Поэтому молекулам солёной воды нужна большая температура на закипание, чем молекулам пресной воды.

Температура пара

В обычных условиях температура пара равняется температуре воды. Температура кипящей воды — постоянная величина, поскольку вся энергия расходуется на парообразование и более сильного нагрева, чем температура кипения, не происходит.
А вот если нагреть пар отдельно от воды, то температура его повысится, и мы получим так называемый перегретый пар. Перегретый пар становится невидим и может быть очень опасен для человеческого здоровья.

Уменьшение времени приготовления пищи

Для того чтобы уменьшить время приготовления пищи, достаточно увеличить температуры кипения жидкости. Отлично для этого подойдут такие популярные кухонные принадлежности как скороварка и мультиварка. Каждое из этих устройств плотно закрывается крышкой, что позволяет увеличить давление и температуру кипения. А специальный клапан удалит излишки пара. Необходимо понимать, что клапан ни в коем случае нельзя закрывать, поскольку это может вызвать разрыв посуды.

Использование кипячения как метода очистки

Кипячение можно использовать для очистки предметов от загрязнений. Кипяток хорошо расплавляет многие вещества.

Какие же вещества можно расплавить в кипящей воде? Все вещества, имеющие температуру плавления ниже 100 градусов Цельсия. А это, в частности, многие жиры.

Во время термического воздействия жидкость подвергается обработке высокими температурами. Вследствие этого погибают все вредные бактерии и микроорганизмы, которые совершенно не нужны человеческому организму. Также при кипячении разрушаются сложные химические соединения, например, хлор и его производные. При этом образуются соли и разнообразные примеси, которые человек отделяет от питьевой жидкости. Именно это помогает обезопасить организм от вредного воздействия. Потеря молекулярной структуры во время воздействия высоких температур происходит разрушение основных молекул воды. Многие люди говорят о том, что кипяченая вода – это мертвая жидкость. Такое питье не несет абсолютно никакой пользы.

Проведение опыта «Кипение воды в различных емкостях»

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!