Можно ли вскипятить воду холодом (понижением давления)
Молекулярная физика и теплоталюбопытствоЕГЭ10 класс
КраткоДа, воду можно заставить кипеть, не нагревая, — достаточно понизить давление над ней. Температура кипения не постоянна: она зависит от внешнего давления. Чем ниже давление, тем при меньшей температуре вода закипает. Если откачать воздух насосом, вода комнатной температуры (20 °C) закипит прямо на глазах, оставаясь холодной. Это не «горячее» кипение: пузырьки пара образуются, потому что давление пара сравнялось с пониженным внешним давлением.
Симуляция «Фазовые переходы»: линия кипения на диаграмме показывает, что точка кипения сдвигается с изменением давления.
Что такое кипение на самом деле
Кипение начинается, когда давление насыщенного пара внутри жидкости сравнивается с внешним давлением. Тогда по всему объёму образуются пузырьки пара. До этого момента вода лишь медленно испаряется с поверхности.
кипение: pпара = pвнешнее
Почему давление меняет точку кипения
При нормальном давлении (101 кПа) вода кипит при 100 °C. Если давление понизить, пару легче «продавить» поверхность — и кипение начинается при меньшей температуре:
- В горах давление ниже — вода кипит при 90 °C и ниже, поэтому еда варится дольше.
- В вакуумной камере при сильном разрежении вода кипит уже при 20–30 °C, оставаясь холодной на ощупь.
- В скороварке наоборот: давление выше — кипение при 110–120 °C, и готовка ускоряется.
Опыт «холодного кипения»
Поставьте стакан тёплой воды под колпак и откачайте воздух насосом. По мере падения давления вода забурлит, хотя её не грели. Более того, на испарение уходит энергия, и оставшаяся вода может даже охладиться и частично замёрзнуть — кипеть и замерзать одновременно (в так называемой тройной точке).
Где это важно
На этом принципе работает вакуумная сушка продуктов и лекарств (сублимация), а низкое давление кипения учитывают в авиации и космосе. И именно поэтому в открытом космосе жидкости тела вскипают сами.
Частые вопросы
Можно ли вскипятить воду без нагрева?
Да: если понизить давление над водой, она закипит при комнатной температуре, оставаясь холодной.
Почему температура кипения зависит от давления?
Кипение начинается, когда давление пара сравнивается с внешним; чем ниже внешнее давление, тем меньшая температура для этого нужна.
При какой температуре кипит вода в горах?
Ниже 100 °C — например, при 90 °C и меньше из-за пониженного атмосферного давления, поэтому еда варится дольше.
Может ли вода кипеть и замерзать одновременно?
Да, в тройной точке: при очень низком давлении испарение уносит тепло, и часть воды замерзает, пока остальная кипит.
Владимир Подлевских — репетитор по физике и математике, выпускник физического факультета МГУ им. Ломоносова. Готовлю к ЕГЭ, ОГЭ, ДВИ МГУ и международным экзаменам (IB, IGCSE, A-Level, AP).