Если жидкость нагревать, то при определенной температуре она закипит. При кипении в жидкости образуются пузырьки, которые поднимаются наверх и лопаются. В пузырьках содержится воздух, в котором присутствует водяной пар. Когда пузырьки лопаются, то пар вырывается, и, таким образом, жидкость интенсивно испаряется.
Разные вещества, находящиеся в жидком состоянии, кипят при своей, характерной для них температуре. Причем эта температура зависит не только от характера вещества, но и от атмосферного давления. Так вода при нормальном атмосферном давлении кипит при 100 °C, а в горах, где давление ниже, вода кипит при более низкой температуре.
Когда жидкость закипает, то дальнейший подвод к ней энергии (тепла) не увеличивает ее температуру, а просто поддерживает кипение. То есть энергия тратится на поддержание процесса кипения, а не на поднятие температуры вещества. Поэтому в физике вводится такое понятие как удельная теплота парообразования (L). Она равна количеству тепла, необходимому для того, чтобы полностью выкипел 1 кг жидкости.
Понятно, что у различных веществ своя удельная теплота парообразования. Так у воды она равна 2,3 · 10 6 Дж/кг. У эфира, который кипит при 35 °C, L = 0,4 · 10 6 Дж/кг. У ртути, кипящей при 357 °C, L = 0,3 · 10 6 Дж/кг.
В чем же заключается процесс кипения? Когда вода нагревается, но еще не достигнута температура ее кипения, в ней начинают образовываться маленькие пузырьки. Обычно они образуются на дне емкости, так как обычно нагревают под дном, и там температура выше.
Пузырьки легче окружающей их воды и поэтому начинают подниматься в верхние слои. Однако здесь температура еще ниже, чем у дна. Поэтому пар конденсируется, пузырьки становятся меньше и тяжелее, снова опускаются вниз. Так происходит до тех пор, пока вся вода не прогреется до температуры кипения. В это время слышен шум, предшествующий кипению.
Когда достигнута температура кипения, пузырьки уже не опускаются вниз, а всплывают на поверхность и лопаются. Из них вырывается пар. В это время слышен уже не шум, а бульканье жидкости, которое говорит о том, что она закипела.
Таким образом, при кипении, также как при испарении, происходит переход жидкости в пар. Однако, в отличие от испарения, которое происходит только на поверхности жидкости, кипение сопровождается образованием пузырьков, содержащих пар, по всему объему. Также в отличие от испарения, которое происходит при любой температуре, кипение возможно лишь при определенной, характерной для данной жидкости температуре.
Почему чем выше атмосферное давление, тем температура кипения жидкости больше? Воздух давит на воду, и, следовательно, создается давление внутри воды. Когда образуются пузырьки, в них пар также давит, причем сильнее, чем внешнее давление. Чем больше давление из вне на пузырьки, тем сильнее в них должно быть внутреннее давление. Поэтому они образуются при более высокой температуре. А значит, и вода кипит при более высокой температуре.
Кипячение воды требуется для самых разных целей, и умение вскипятить воду просто необходимо в повседневной (и не только) жизни. Готовите ли вы обед? Вам пригодятся знания о том, как соль влияет на кипение воды и как приготовить яйца пашот. Взбираетесь ли вы на вершину горы? Вас наверняка заинтересует, почему в горах пища варится так долго, и как сделать воду из повстречавшейся вам речки безопасной для питья. Прочитав эту статью, вы узнаете об этих и многих других любопытных вещах.
Шаги
Кипячение воды при приготовлении пищи
- Подрагивание: на дне кастрюли образуются мелкие пузырьки газа, которые, однако, не поднимаются к поверхности. Поверхность воды слегка дрожит. Это происходит при температуре 60–75ºC (140–170ºF), подходящей для приготовления яиц пашот , фруктов и рыбы.
- Закипание: к поверхности воды поднимается несколько струек пузырьков воздуха, но в основной массе вода остается спокойной. При этом температура воды составляет около 75–90ºC (170–195ºF), что хорошо для приготовления рагу или тушеного мяса.
- Медленное кипение: к поверхности воды по всей площади кастрюли поднимается большое количество мелких и средних пузырьков. Температура воды при этом составляет 90–100ºC (195–212ºF), что подходит для приготовления овощей на пару или горячего шоколада , в зависимости от вашего настроения и самочувствия.
- Полное, бурное кипение: выделяется пар, вода бурлит, и бурление не прекращается при помешивании. При этом температура воды максимальна и составляет 100ºC (212ºF). В такой воде хорошо варить макароны .
-
Положите в воду продукты. Если вы собираетесь варить какие-либо продукты, поместите их в воду. Будучи холодными, они понизят температуру воды, и она, возможно, перестанет кипеть. Это в порядке вещей: просто сделайте под кастрюлей большой или средний огонь и дождитесь, пока вода вновь разогреется до нужной температуры.
Убавьте огонь. Сильный огонь необходим для того, чтобы быстрее довести воду до кипения. Когда вода закипит, убавьте огонь до среднего (для сильного кипения) или слабого (для медленного кипения). После того, как вода дойдет до последней стадии кипения, сильный огонь не нужен, поскольку он лишь сделает кипение более бурным.
- Понаблюдайте за кастрюлей в течение нескольких минут, удостоверившись, что вода кипит так, как вам нужно.
- Если вы варите суп или другое блюдо, требующее длительной готовки, приоткройте кастрюлю, слегка сдвинув крышку набок. В плотно закрытой кастрюле температура будет чуть выше, чем требуется для приготовления этих блюд.
Очистка воды для питья
Вскипятите воду, чтобы уничтожить содержащиеся в ней бактерии и другие болезнетворные организмы. При кипячении воды в ней погибают практически все микроорганизмы. Однако кипячение не избавит воду от химического загрязнения.
- Если вода мутная, отфильтруйте ее , удалив частички грязи.
-
Доведите воду до бурного кипения. Микроорганизмы погибают из-за высокой температуры, а не от кипения. Однако без термометра сложно определить температуру воды, пока она не закипит. Дождитесь, чтобы вода бурлила и выделяла пар. При этом все опасные микроорганизмы погибнут.
Прокипятите воду в течение 1–3 минут (необязательно). Для большей уверенности дайте воде покипеть 1 минуту (не спеша посчитайте до 60). Если же вы находитесь на высоте более 2.000 метров (6.500 футов) над уровнем моря, покипятите воду в течение 3 минут (медленно посчитайте до 180).
- С высотой температура кипения воды уменьшается. При более низкой температуре для уничтожения микроорганизмов потребуется больше времени.
-
Охладите воду и залейте ее в закрывающуюся емкость. Кипяченая вода пригодна для питья и после охлаждения. Держите ее в чистой закрытой емкости.
Путешествуя, носите с собой компактное устройство для кипячения воды. Если у вас есть доступ к источникам электроэнергии, запаситесь кипятильником. В противном случае берите с собой походную печку либо чайник, а также топливо для разогрева или батарейки.
При отсутствии других вариантов поставьте пластиковую емкость с водой на солнце. Если вы лишены возможности вскипятить воду, залейте ее в чистый пластиковый контейнер. Поставьте контейнер с водой под прямой солнечный свет по крайней мере на шесть часов. Таким образом вы уничтожите вредные бактерии, однако этот способ менее надежен, чем кипячение.
Кипячение воды в микроволновой печи
Налейте воду в чашку или миску для микроволновки. Если у вас нет под рукой посуды, специально предназначенной для микроволновой печи, возьмите стеклянную или керамическую емкость, не содержащую металлической краски. Для проверки поместите пустую емкость в микроволновую печь, поставив рядом с ней керамическую чашку с водой. Включите печь на одну минуту. Если после этого емкость разогреется, она не подходит для микроволновой печи.
Поместите в воду какой-либо предмет, безопасный для использования в микроволновой печи. Это также облегчит парообразование. Используйте деревянную ложку, палочку для еды или мороженого. Если вам не нужна чистая вода без примесей, можете добавить в нее ложку соли или сахара.
- Не используйте пластиковые емкости с гладкой внутренней поверхностью – это затруднит парообразование.
-
Поставьте емкость с водой в микроволновку. В большинстве микроволновых печей края вращающегося подноса разогреваются быстрее, чем его середина.
-
Нагревайте воду короткими интервалами, периодически помешивая. В целях безопасности выясните время, рекомендуемое для нагрева воды, заглянув в руководство по эксплуатации вашей микроволновой печи. Если у вас нет инструкции к печи, попробуйте нагревать воду 1-минутными интервалами. После каждой минуты осторожно перемешивайте воду и вынимайте из печи, проверяя ее температуру. Если емкость очень горячая, и вода выделяет пар, она готова.
- Если вода остается холодной после нескольких минут разогрева, увеличьте интервал до полутора-двух минут. Время нагрева зависит от мощности микроволновой печи и количества воды.
- Не старайтесь достичь стадии "бурного кипения" в микроволновке. Хотя вода и разогреется до необходимой температуры, процесс кипения будет менее выраженным.
Возьмите кастрюлю с крышкой. Крышка будет удерживать тепло внутри кастрюли, и вода закипит быстрее. В большой кастрюле вода закипает медленнее, однако форма кастрюли не играет заметной роли.
Налейте в кастрюлю холодную воду из-под крана. Горячая вода из крана может впитать в себя свинец из водопроводных труб, поэтому ее лучше не использовать для питься и приготовления пищи. Итак, наберите в кастрюлю холодной воды. Не заполняйте кастрюлю доверху, чтобы вода не выплескивалась при кипении, и не забудьте оставить место для продуктов, которые вы собираетесь варить в кастрюле.
Добавьте соли для вкуса (необязательно). Соль почти не влияет на температуру кипения, даже если вы насыплете ее столько, что вода превратится в морскую! Добавьте немного соли, чтобы придать вкус пище – например, макароны при варке впитывают соль вместе с водой.
Поместите кастрюлю на сильный огонь. Поставьте кастрюлю с водой на плиту и включите под ней сильный огонь. Накройте кастрюлю крышкой, что немного ускорит закипание воды.
Различайте стадии кипения. Для приготовления большинства блюд требуется слабо либо бурно кипящая вода. Научитесь распознавать эти стадии кипения, а также несколько других признаков, позволяющих судить о температуре воды:
Чтобы быстрее приготовить еду, большинство хозяек добавляют в кастрюлю соль, до начала закипания воды. По их мнению, это ускорит процесс приготовления пищи. Другие, наоборот, утверждают, что водопроводная вода вскипает намного быстрее. Чтобы дать ответ на такой вопрос, требуется обратиться к физическим и химическим законам. Почему соленая вода закипает быстрее, чем обычная, и действительно ли это так? Давайте узнаем! Подробности в статье ниже.
Почему соленая вода закипает быстрее: физические законы кипения
Для того чтобы понять, какие процессы начинают происходить при нагревании жидкости, необходимо знать, что ученые подразумевают под технологией процесса кипения.
Любая вода, обычная или соленая, начинает закипать совершенно одинаково. Этот процесс проходит через несколько этапов:
- на поверхности начинают образовываться мелкие пузыри;
- увеличение габаритов пузырей;
- их оседание на дно;
- жидкость становится мутной;
- процесс кипения.
Почему соленая вода закипает быстрее?
Сторонники подсоленной воды говорят, что при нагревании срабатывает теория теплоотдачи. Однако тепло, выделяемое после разрушения молекулярной решетки, не дает большого эффекта. Гораздо важнее технологический процесс гидратации. В это время происходит образование сильных молекулярных связей. Итак, почему соленая вода закипает быстрее?
Когда они становятся очень прочными, воздушным пузырькам намного сложнее двигаться. Для движения вверх или вниз требуется много времени. Другими словами, если в воде находится соль, происходит замедление процесса воздушной циркуляции. В результате соленая вода закипает немного медленнее. Пузырькам воздуха не дают двигаться молекулярные связи. Вот, почему не закипает быстрее, чем не соленая.
А может можно обойтись без соли?
Спор о том, насколько быстро закипает соленая или водопроводная вода может длиться бесконечно. Если посмотреть на практическое применение, большой разницы не будет. Это легко объяснимо законами физики. Вода начинает закипать, когда температура достигает 100 градусов. Это значение может стать другим в случае изменения параметров плотности воздуха. Например, вода высоко в горах начинает кипеть при температуре ниже 100 градусов. В бытовых условиях важнейшим показателем становится мощность газовой горелки, а также температура нагрева электрической плиты. От этих параметров зависит быстрота нагрева жидкости, а также время, необходимое для закипания.
На костре вода начинает закипать через несколько минут, так как сжигаемые дрова, выделяют намного больше тепла, чем газовая плита, да и площадь нагреваемой поверхности намного больше. Отсюда можно сделать простой вывод: чтобы добиться быстрого закипания, требуется включить газовую конфорку на максимальную мощность, а не добавлять соль.
Любая вода начинает кипеть при одинаковой температуре (100 градусов). Но скорость закипания может быть разной. Соленая вода начнет кипеть позже из-за воздушных пузырьков, которым намного сложнее разорвать молекулярные связи. Надо сказать, что закипание дистиллированной воды происходит быстрее, чем обычной, водопроводной. Дело в том, что в очищенной, дистиллированной воде отсутствуют сильные молекулярные связи, нет посторонних примесей, поэтому она начинает нагреваться намного быстрее.
Заключение
Время закипания обычной или соленой воды отличается несколькими секундами. Оно не оказывает никакого влияния на быстроту приготовления пищи. Поэтому не стоит пытаться сэкономить время на закипании, лучше начать строго соблюдать законы кулинарии. Чтобы блюдо получилось вкусным, его нужно солить в определенное время. Вот, почему соленая вода закипает быстрее далеко не всегда!
Кипение — это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре.
Во время кипения температура жидкости и пара над ней не меняется. Она сохраняется неизменной до тех пор, пока вся жидкость не выкипит. Это происходит потому, что вся подводимая к жидкости энергия уходит на превращение ее в пар.
Температура, при которой кипит жидкость, называется температурой кипения .
Температура кипения зависит от давления, оказываемого на свободную поверхность жидкос-ти. Это объясняется зависимостью давления насыщенного пара от температуры. Пузырек пара растет, пока давление насыщенного пара внутри него немного превосходит давление в жидкости, которое складывается из внешнего давления и гидростатического давления столба жидкости.
Чем больше внешнее давление, тем больше температура кипения .
Всем известно, что вода кипит при температуре 100 ºC. Но не следует забывать, что это справедливо лишь при нормальном атмосферном давлении (примерно 101 кПа). При увеличении дав-ления температура кипения воды возрастает. Так, например, в кастрюлях-скороварках пищу варят под давлением около 200 кПа . Температура кипения воды при этом достигает 120°С. В воде такой температуры процесс варки происходит значительно быстрее, чем в обычном кипятке. Этим и объясняется название «скороварка».
И наоборот, уменьшая внешнее давление, мы тем самым понижаем температуру кипения. Напри-мер, в горных районах (на высоте 3 км , где давление составляет 70 кПа) вода кипит при температуре 90 °С. Поэтому жителям этих районов, использующим такой кипяток, требуется значительно больше времени для приготовления пищи, чем жителям равнин. А сварить в этом кипятке, например, кури-ное яйцо вообще невозможно, так как при температуре ниже 100 °С белок не сворачивается.
У каждой жидкости своя температура кипения, которая зависит от давления насыщенного пара. Чем выше давление насыщенного пара, тем ниже температура кипения соответствующей жидкости, т. к. при меньших температурах давление насыщенного пара становится равным атмосферному. Например, при температуре кипения 100 °С давление насыщенных паров воды равно 101 325 Па (760 мм рт. ст.), а паров — всего лишь 117 Па (0,88 мм рт. ст.). Кипит ртуть при 357°С при нормальном давлении.
Теплота парообразования.
Теплота парообразования (теплота испарения) — количество теплоты , которое необходимо сообщить веществу (при постоянном давлении и постоянной температуре) для полного превращения жидкого вещества в пар.
Количество теплоты, необходимое для парообразования (или выделяющееся при конденса-ции). Чтобы вычислить количество теплоты Q , необходимое для превращения в пар жидкости любой массы, взятой при температуре кипения, нужно удельную теплоту парообразования r ум-ножить на массу m :
При конденсации пара происходит выделение такого же количества теплоты.
Многие хозяйки, пытаясь ускорить процесс приготовления пищи, солят воду сразу после того, как поставили кастрюлю на плиту. Они свято верят, что поступают правильно, и готовы привести в свою защиту множество аргументов. Так ли это на самом деле и какая вода закипает быстрее – соленая или пресная? Для этого совсем необязательно ставить эксперименты в лабораторных условиях, достаточно развеять мифы, которые десятилетиями царят на наших кухнях, с помощью законов физики и химии.
Распространенные мифы о кипении воды
В вопросе кипения воды людей условно можно разделить на две категории. Первые убеждены, что соленая вода закипает гораздо быстрее, а вторые с этим утверждение абсолютно не согласны. В пользу того, что на доведение до кипения соленой воды нужно меньше времени, приводятся следующие аргументы:
- плотность воды, в которой растворена соль, намного выше, поэтому теплоотдача от конфорки больше;
- во время растворения в воде кристаллическая решетка поваренной соли разрушается, что сопровождается выделением энергии. То есть, если в холодную воду добавить соль, то жидкость автоматически станет теплее.
Те, кто опровергает гипотезу о том, что соленая вода закипает быстрее, аргументируют это так: во время растворения соли в воде происходит процесс гидратации.
На молекулярном уровне образуются более прочные связи, для разрушения которых требуется больше энергии. Поэтому для закипания соленой воды требуется больше времени.
Кто же прав в этом споре, и действительно ли так важно солить воду в самом начале приготовления пищи?
Процесс кипения: физика «на пальцах»
Чтобы разобраться, что именно происходит с соленой и пресной водой при нагревании, нужно понимать, что такое процесс кипения. Вне зависимости от того, вода соленая или нет, закипает она одинаково и проходит через четыре стадии:
- образование мелких пузырьков на поверхности;
- увеличение пузырьков в объеме и их оседание на дне емкости;
- помутнение воды, вызванное интенсивным движением пузырьков с воздухом вверх-вниз;
- непосредственно процесс кипения, когда на поверхность воды поднимаются большие пузыри и с шумом лопаются, выделяя пар – воздух, который находится внутри и нагревается.
Теория теплоотдачи, к которой апеллируют сторонники соления воды в начале приготовления пищи, в этом случае «работает», но эффект от нагрева воды за счет ее плотности и выделения тепла при разрушении кристаллической решетки незначителен.
Намного важнее процесс гидратации, при котором образуются устойчивые молекулярные связи.
Чем они прочнее, тем сложнее пузырьку воздуха подняться на поверхность и опуститься на дно емкости, на это уходит больше времени. В итоге если в воду добавлена соль, то циркуляция пузырьков с воздухом замедляется. Соответственно, соленая вода закипает медленнее, так как молекулярные связи удерживают воздушные пузырьки в соленой воде чуть дольше, чем в пресной.
Солить или не солить? Вот в чем вопрос
Кухонные споры по поводу того, какая вода быстрее закипает соленая или несоленая, можно вести бесконечно. В итоге с точки зрения практического применения нет особой разницы, посолили вы воду в самом начале или же после того, как она закипела. Почему же это не имеет особого значения? Чтобы разобраться в ситуации, нужно обратиться к физике, которая дает исчерпывающие ответы на этот, казалось бы, непростой вопрос.
Всем известно, что при стандартном атмосферном давлении в 760 мм ртутного столба вода закипает при 100 градусах по Цельсию. Температурные параметры могут меняться при условии изменения плотности воздуха – все знают, что в горах вода закипает при более низкой температуре. Поэтому когда речь заходит о бытовом аспекте, в этом случае гораздо важнее такой показатель, как интенсивность горения газовой конфорки или же степень нагрева электрической кухонной поверхности.
Именно от этого зависит процесс теплообмена, то есть, скорость нагрева самой воды. И, соответственно, время, затраченное на то, чтобы она закипела.
Например, на открытом огне, если вы вздумаете приготовить ужин на костре, вода в котелке закипит за считанные минуты благодаря тому, что дрова при сжигании выделяют больше тепла, чем газ в плите, а площадь нагрева поверхности значительно больше. Потому совсем необязательно солить воду для того, чтобы она быстрее закипела – достаточно включить конфорку плиты на максимум.
Температура кипения соленой воды точно такая же, как и у пресной, и у дистиллированной. То есть, она составляет 100 градусов при нормальном атмосферном давлении. А вот скорость закипания при равных условиях (например, если за основу взята обычная конфорка газовой плиты) будет различаться. Для того, чтобы закипела соленая вода, понадобится больше времени за счет того, что пузырькам с воздухом тяжелее разрывать более прочные молекулярные связи.
К слову, разница во времени закипания существует между водопроводной и дистиллированной водой – во втором случае жидкость без примесей и, соответственно, без «тяжелых» молекулярных связей, будет нагреваться быстрее.
Правда, разница во времени составляет всего несколько секунд, которые не делают погоды на кухне и практически никак не влияют на скорость приготовления пищи. Потому руководствоваться нужно не желанием сэкономить время, а законами кулинарии, предписывающими солить каждое блюдо в определенный момент для сохранения и усиления его вкусовых качеств.