§ 9-1. Кіпенне вадкасці

У 8-м класе вы даведаліся, што вадкасць можа мець шмат значэнняў тэмпературы кіпення. Справа ў тым, што ў вадкасці заўсёды ўтрымліваецца раствораны ў ёй газ, з якім цесна звязана кіпенне (мал. 60.1). Калі награваць на пліце пасудзіну з вадой, то каля яе сценак паветра пачне выдзяляцца ў выглядзе бурбалак. У гэтыя бурбалкі выпараецца вада, таму ў іх у паветры знаходзіцца насычаная вадзяная пара. З ростам тэмпературы ціск насычанай пары павялічваецца значна хутчэй, чым ціск астатняга газу. Таму можна лічыць, што ціск унутры бурбалак у нагрэтай вадкасці практычна роўны ціску насычанай пары. На бурбалкі, акрамя сілы цяжару іх змесціва, дзейнічаюць сілы гідрастатычнага ціску вады і атмасфернага ціску паветра. Аднак калі пасудзіна не надта глыбокая, то гідрастатычны ціск значна меншы за атмасферны, і яго можна не прымаць пад увагу.

З ростам тэмпературы аб'ём бурбалак хутка павялічваецца, што цягне за сабой павелічэнне выштурхваючай сілы. Калі сіла Архімеда, якая дзейнічае на бурбалку, становіцца большай за сілу цяжару яе змесціва, яна пачынае ўсплываць (мал. 60.2). Дасягнуўшы паверхні вадкасці, бурбалкі лопаюцца, бо ціск насычанай пары, якім яны запоўнены, трохі перавышае знешні ціск. Пара выходзіць вонкі — вадкасць кіпіць. Такім чынам, вадкасць пачынае кіпець пры такой тэмпературы, пры якой ціск насычанай пары роўны знешняму ціску (дакладней, крыху большы за яго).

Калі паніжаць ціск над паверхняй вадкасці, яна будзе кіпець пры больш нізкай тэмпературы. Так, напрыклад, пры тэмпературы 20 °С ціск насычанай вадзяной пары 2,338 кПа. Калі, выкарыстоўваючы помпу, панізіць ціск над паверхняй вадкасці да гэтага значэння, то вада закіпіць пры пакаёвай тэмпературы.

Паніжэнне тэмпературы кіпення вадкасці пры памяншэнні знешняга ціску выкарыстоўваецца ў рабоце халадзільніка. Пры нармальным атмасферным ціску вадкі фрэон кіпіць пры тэмпературы каля 30 °С. Памяншаючы ціск, тэмпературу кіпення фрэону можна зрабіць ніжэйшай за 0 °С. Падчас работы кампрэсара ў выпарніку халадзільніка ствараецца паніжаны ціск, і фрэон пачынае ператварацца ў пару, забіраючы частку ўнутранай энергіі ад сценак камеры.

Пры павелічэнні знешняга ціску тэмпература кіпення вадкасці ўзрастае. Так, напрыклад, у каструлях-скараварках ствараецца ціск каля 200 кПа, тэмпература кіпення вады пры гэтым дасягае 120 °С. У такіх умовах працягласць прыгатавання ежы істотна скарачаецца.

Калі ж ваду змясціць у герметычна закрытую пасудзіну, ва ўсіх частках якой тэмпература аднолькавая, то яна не закіпіць пры награванні да тэмпературы кіпення, роўнай пры нармальным атмасферным ціску 100 °С. Сапраўды, у гэтым выпадку над вадой знаходзіцца яе насычаная пара, ціск якой роўны ціску ўнутры бурбалак. А, як адзначалася раней, кіпенне вадкасці пачынаецца тады, калі ціск насычанай пары ўнутры бурбалак хоць бы трохі перавышае знешні ціск.

Адзначым, што вадкасць не будзе кіпець, калі якім-небудзь чынам выдаліць з яе і са сценак раўнамерна прагрэтай пасудзіны паветра. Напрыклад, ваду, падрыхтаваную такім чынам, можна нагрэць больш, чым да 100 °С, аднак яна не закіпіць. Такую вадкасць, тэмпература якой вышэйшая за тэмпературу яе кіпення ў звычайных умовах, называюць перагрэтай.

Перагрэтую вадкасць выкарыстоўваюць у пузырковых камерах для візуалізацыі трэкаў зараджаных часціц, якія рухаюцца са скарасцямі, блізкімі да скорасці святла.

З перагрэтай вадкасцю неабходна абыходзіцца вельмі асцярожна. Любое адхіленне (рэзкае перамяшчэнне пасудзіны, з'яўленне крыніцы газу або якога-небудзь прадмета ў вадкасці) можа ў момант прывесці да яе выбухова небяспечнага закіпання.

1. Чым адрозніваецца кіпенне ад выпарэння?

2. Пры якой умове адбываецца кіпенне вадкасці?

3. Чаму тэмпература вадкасці, якая кіпіць, пры пэўным знешнім ціску застаецца пастаяннай?

4. Ці можа вада кіпець пры тэмпературы, ніжэйшай за 100 °С? вышэйшай за 100 °С?