Почему кипящая вода не обязательно имеет температуру 100 градусов Цельсия?

В данной статье объясняется, почему кипящая вода не обязательно имеет температуру 100 °C. Указано, что при стандартном атмосферном давлении точка кипения воды составляет 100 °C. Точка кипения воды меняется в зависимости от атмосферного давления: чем ниже давление, тем ниже точка кипения, и наоборот. Также приведены примеры низкой температуры кипящей воды в высокогорных районах и использования скороварки для повышения температуры кипения за счет увеличения давления.

Почему кипящая вода не обязательно имеет температуру 100 градусов Цельсия?

Как мы знаем, обычно вода начинает кипеть при нагревании до 100 °C, после чего температура больше не повышается, поэтому часто говорят, что "точка кипения воды составляет 100 °C". Когда вода нагревается, с одной стороны, она поглощает тепло, а с другой стороны, теряет часть тепла. Потерянное тепло включает тепло, выделяемое при испарении водяного пара, а также тепло, выделяемое из-за того, что температура воды выше температуры окружающей среды. Когда температура воды ниже 100 °C, количество поглощенного тепла превышает количество потерянного тепла, и температура воды постепенно повышается. При достижении температуры 100 °C происходит фазовый переход между газообразным и жидким состояниями, и дальнейшее поглощение тепла приведет только к превращению жидкой воды в газообразный водяной пар (газообразная вода имеет более высокую энергию, чем жидкая вода), в то время как температура (100 °C) останется неизменной. В этом случае количество поглощенного и потерянного тепла одинаково, и это явление называется кипением. Однако следует отметить, что это относится только к "обычным" условиям, то есть условиям при стандартном атмосферном давлении.

Мы можем провести сравнительный эксперимент. Сначала вскипятим воду у подножия горы и измерим температуру воды при кипении, которая составит около 100 °C. Затем проведем аналогичный эксперимент на вершине горы и обнаружим, что температура воды при кипении будет ниже 100 °C. Разница между землей и вершиной горы заключается в том, что атмосферное давление на вершине горы ниже. Это показывает, что при снижении атмосферного давления точка кипения воды снижается. Люди, путешествовавшие по таким высокогорным районам, как Тибет, возможно, заметили, что вода на высокогорье не кипит при 100 °C. Фактически, в Лхасе, на высоте около 3700 метров, точка кипения воды составляет всего 88 °C.

Поскольку снижение атмосферного давления снижает точку кипения воды, то увеличение атмосферного давления приведет к повышению точки кипения воды. Но как увеличить атмосферное давление окружающей среды? Типичный способ повышения температуры кипения воды — использование скороварки. В скороварке водяной пар не может выходить наружу, и накопленное тепло создает давление газа, превышающее 1 атмосферное давление, обычно около 1,1 атмосферного давления, и температура кипения воды внутри может достигать 110–130 °C.