Физика 8 класс учебник Перышкин, Иванов - страница 81

   С точки зрения молекулярно-кинетической теории, кипение жидкости — это процесс, обусловленный поведением ее молекул.
   Мы знаем, что любая жидкость состоит из мельчайших частиц — молекул, которые находятся в непрерывном движении.
   Когда мы нагреваем жидкость, эти молекулы начинают двигаться быстрее, приобретая больше кинетической энергии.
   Важно понимать, что в жидкости всегда присутствуют либо растворенные газы, либо образуются крошечные пустоты, заполненные паром. Эти пустоты, или пузырьки, содержат насыщенный пар.
   По мере того как температура жидкости растет, давление насыщенного пара внутри этих пузырьков также увеличивается.
   Когда давление пара внутри пузырька становится достаточно высоким — равным или даже превышающим внешнее давление (которое складывается из атмосферного и давления самой жидкости над пузырьком) — пузырек начинает расти.
   Затем, под действием выталкивающей силы, известной как сила Архимеда, эти растущие пузырьки устремляются вверх, к поверхности.    Добравшись до поверхности, пузырьки лопаются, и пар выходит наружу.
   Этот процесс, происходящий одновременно во всем объеме жидкости, и есть то, что мы называем кипением.

   Когда жидкость нагревается до определённой температуры, она начинает активно «закипать». Это означает, что вся её масса, а не только поверхность, переходит в газообразное состояние, образуя пар. Внутри жидкости при этом возникают и растут пузырьки пара.

   Температура кипения — это критический температурный порог, при достижении которого жидкость переходит в газообразное состояние. В этот момент давление пара, образующегося внутри пузырьков, уравновешивается давлением окружающей среды, включающим атмосферное давление и давление самого столба жидкости.
   Важно отметить, что температура кипения напрямую зависит от внешнего давления: чем оно выше, тем выше и температура кипения, и наоборот.

   Жидкость начинает кипеть, когда пар внутри образующихся пузырьков становится таким же сильным, как и давление снаружи (то есть, давление воздуха плюс вес самой жидкости над пузырьком).

   График наглядно демонстрирует два физических процесса:
   • нагрев (до 100 °C) — рост внутренней энергии ведёт к повышению температуры;
   • кипение (при 100 °C) — рост внутренней энергии ведёт к изменению агрегатного состояния, а не температуры.

   Для осуществления выпаривания раствора при температурах, не достигающих 100 °C, требуется снижение парциального давления над его поверхностью. Данная задача решается путем помещения раствора в закрытую емкость и последующей эвакуации воздуха из нее посредством вакуумного насоса.
   Уменьшение давления приводит к снижению температуры кипения раствора, что делает возможным его концентрирование при более низких температурных режимах и предотвращает термическое разложение или пригорание.

   Нельзя приравнивать внутреннюю энергию пара и воды. Даже при одинаковой температуре, например, 100 °C, пар всегда будет иметь более высокую внутреннюю энергию по сравнению с водой той же массы.
   Это происходит потому, что для перехода из жидкого состояния в газообразное при кипении вода поглощает дополнительную энергию — удельную теплоту парообразования.
   Эта энергия не влияет на скорость движения молекул (их кинетическую энергию и, следовательно, температуру), но расходуется на преодоление сил притяжения между ними, увеличивая их потенциальную энергию.

   Температура, при которой вода закипает, меняется в зависимости от окружающего давления. На уровне моря, где давление близко к стандартному (примерно 101,3 кПа), вода кипит при 100 °C.
   В горах, где воздух разреженнее и давление ниже, вода закипает при температуре ниже 100 °C. Напротив, в глубоких шахтах, где давление выше из-за веса воздуха и породы, вода кипит при температуре выше 100 °C.
   Таким образом, вода будет горячее при кипении в глубокой шахте.

   Нормальная температура кипения спирта (при нормальном атмосферном давлении) составляет около 78 °C.
   Если спирт закипел при более низкой температуре (50 °C), это означает, что внешнее давление в сосуде ниже нормального атмосферного давления.
   Это можно достичь, например, откачав часть воздуха из сосуда (создав разрежение).