КИПЕНИЕ

Кипение жидкостей также связано с поверхностными явлениями: при кипении происходит испарение жидкости внутрь воздушных пузырьков, которые имеются как в объеме самой жидкости, так и на границе со стенками сосуда. Рассмотрим «механизм» кипения; на рис. 11.47 показаны различные стадии развития воздушных пузырьков, «прикрепившихся» к стенке сосуда. По мере испарения жидкости внутрь этих пузырьков давление пара в них повышается, внешнее и гидростатическое давления преодолеваются и пузырек начинает расти вверх.

Рис. 11.47

Увеличение размеров пузырька происходит особенно быстро, когда давление насыщенного пара внутри пузырька становится равным внешнему давлению (или немного больше). При этом поверхностные силы, деформируя пузырек, отделяют от него некоторую часть, которая архимедовой силой поднимается вверх и освобождает содержащийся в ней пар на поверхности жидкости. Оставшаяся часть пузырька продолжает играть роль «резервуара» (для накапливания пара) и «генератора» новых пузырьков пара.

Таким образом, для кипения необходимы следующие условия: 1) наличие воздушных пузырьков (на границе с твердыми телами), являющихся генераторам пузырьков пара, и 2) жидкость должна быть нагрета до температуры, при которой давление насыщенного пара равно внешнему давлению.

Количество теплоты, уносимое пузырьками пара от стенок сосуда в единицу времени, равно количеству теплоты, подводимой к этим стенкам извне. Если усилить подвод Теплоты извне, то отделение пузырьков происходит более интенсивно; небольшое повышение температуры жидкости увеличит давление пара внутри пузырьков, а это ускорит процесс роста и отделения пузырьков пара. Этим объясняется, почему при усилении или ослаблении подвода теплоты к кипящей жидкости температура жидкости не изменяется, а изменяется только скорость парообразования. Если жидкость освобождена от воздушных

пузырьков, то ее можно нагреть до температур, превышающих температуру кипения при данном внешнем давлении; например, вода, тщательно очищенная от воздуха, при атмосферном давлении может быть перегрета до вода, полученная в виде больших капель, плавающих внутри специальных масел, не закипает даже при температуре 178° С. Наоборот, введение в жидкость твердых тел, содержащих на своей поверхности большое количество пузырьков воздуха, способствует кипению и препятствует перегреву жидкости.