Чайник закипает на огне какое это явление

Обновлено: 17.05.2024

Цель: раскрыть физическую сущность процесса кипения жидкости; объяснить постоянство температуры жидкости в процессе кипения; дать сравнительную характеристику двум способам парообразования.

– образовательные: усвоение понятия кипения; формирование умений применять основные положения МКТ при объяснении физических явлений;

– развивающие: формирование интеллектуальных умений (анализировать, выделять главное, существенное в изучаемом материале, делать выводы); формирование общеучебных умений; развитие самостоятельности; развитие познавательного интереса;

– воспитательные: содействовать формированию основных мировоззренческих идей: познаваемость мира и его закономерностей; причинно-следственные связи явлений.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, термометр электрический с термистором, электроплитка (спиртовка), штатив универсальный, колба с водой (2 шт.), резиновая медицинская груша, пробка для колбы с отверстием и патрубком, палочка стеклянная, соль поваренная, насос воздушный ручной с резиновой трубкой; на каждый стол – комплект карточек заданий.

Ход урока

I. Организационный этап (2 мин)

Учитель. Сегодня мы познакомимся со вторым способом парообразования – кипением. Будем ставить опыты и постараемся дать сравнительную характеристику двум способам парообразования. Откройте тетради, запишите тему сегодняшнего урока.

II. Проверка знаний, их актуализация (10 мин)

Учитель. Прежде чем говорить о кипении, давайте вспомним о парообразовании. Дайте определение явления парообразования. Укажите два способа перехода жидкости в газообразное состояние. (Ответы учащихся.) Чтобы познакомится со вторым способом парообразования – кипением, – проведём эксперимент: поставим на плитку сосуд с водопроводной водой, опустим туда термометр, закреплённый на штативе, и пронаблюдаем за тем, что будет происходить. А в процессе наблюдения продолжим отвечать на вопросы по домашнему заданию.

III. Объяснение нового материала

Учитель. Вернёмся к нашему эксперименту. Испарение с поверхности жидкости усиливается по мере увеличения температуры. Иногда может наблюдаться туман (сам пар не виден). Это водяной пар конденсируется в воздухе при охлаждении, образуя мельчайшие капельки жидкой воды. В начале нагревания вода насыщена воздухом и имеет комнатную температуру. При нагревании воды растворённый в ней газ выделяется на дне и стенках сосуда, образуя воздушные пузырьки.

Они начинают появляться задолго до кипения. Сначала нагревается сосуд, а затем жидкость на дне и у стенок. Пузырьки воздуха расширяются и становятся видимыми. Они начинают укрупняться, причём в пузырьках будет не только воздух, но и водяной пар, т.к. вода начнёт испаряться внутрь этих пузырьков воздуха. Следовательно, начнёт возрастать давление внутри пузырька. С ростом размеров пузырьков возрастает и архимедова сила, выталкивающая их из воды, и они всплывают.

Так как жидкость прогревается способом конвекции, температура нижних слоёв выше температуры верхних слоёв воды. Поэтому в поднимающемся пузырьке водяной пар конденсируется, а объём пузырька уменьшается. Соответственно давление внутри пузырька становится меньше, чем давление, оказываемое на него снаружи (давление атмосферы плюс столба жидкости). Пузырьки начинают схлопываться с характерным шумом, по которому можно легко определить, например, сидя в другой комнате, что вода ещё не прогрелась и не закипела.

При определённой температуре, т.е. когда в результате конвекции прогреется вся жидкость, с приближением к поверхности объём пузырьков резко растёт, т.к. давление внутри больше внешнего давления. На поверхности пузырьки лопаются, и над жидкостью образуется много пара. Вода кипит!

Итак, признаки кипения: много пузырьков, лопающихся на поверхности; много пара.

Условие кипения: давление насыщенного пара внутри пузырька больше атмосферного давления. Значит, температура кипения зависит от внешнего давления на жидкость.

Что же такое кипение? Это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объёму жидкости при определённой температуре. Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.

Если испарение происходит при любой температуре, то кипение жидкости (от начала и до конца) – при определённой и постоянной для каждой жидкости. Эта температура держится постоянной до тех пор, пока вся жидкость не выкипит.

Во время кипения температура жидкости не меняется! Поэтому, например, при варке пищи нужно уменьшать огонь после того, как вода закипит. Это даёт экономию топлива, а температура воды всё равно сохраняется постоянной во всё время кипения.

Продолжительность варки пищи, начиная с момента закипания, не зависит от мощности нагревателя. Продолжительность определяется временем пребывания продукта при температуре кипения. Мощность нагревателя влияет не на температуру кипения, а только на скорость испарения воды.

Так, температура кипения чистой воды при нормальном атмосферном давлении (около 760 мм рт.ст.) равна 100 °С. Температуры кипения некоторых веществ приведены в таблице, см. учебник (или слайд на доске). Рассмотрим её.

Вещества, которые в обычных условиях мы наблюдаем в твёрдом состоянии, обращаются при плавлении в жидкости, кипящие при очень высокой температуре. Например, медь кипит при температуре 2567 °С. А вещества, которые в обычных условиях являются газами, при достаточном охлаждении обращаются в жидкости, кипящие при очень низкой температуре. Например, жидкий кислород при нормальном атмосферном давлении кипит при температуре –183 °С.

Фронтальная беседа по таблице: У каких веществ минимальная температура кипения? • Чем можно обжечься сильнее: кипящим маслом или кипящей водой? • Попробуйте сформулировать требования к сосуду для хранения жидкого кислорода. • В каком агрегатном состоянии находится при нормальном давлении: спирт при t = 100 °С? кислород при t = –200 °С? железо при t = 2000 °С? эфир при t = 45 °С? вода при t = 173 °С? цинк при t = 980 °С? • Можно ли получить золотой пар? (Ответ. Да, наиболее чистые пары золота образуются при его кипении.)

Температура кипения жидкостей остаётся постоянной (даже если жидкость продолжает получать энергию от нагревателя) потому, что вся подводимая к ней энергия расходуется на превращение её в пар, т.е. на переход вещества из одного состояния в другое. Если нагревание прекратить, то вода перестанет кипеть, а температура начнёт падать.

От чего зависит температура кипения? А вы знаете, что кипением можно управлять?

• Исследуем температуру кипения от внешнего давления. Проведём демонстрацию: колбу с кипящей жидкостью закроем пробкой с вставленной в неё грушей. При нажатии на грушу кипение в колбе прекращается. Как вы думаете, почему?

Учащиеся. Нажав на грушу, мы увеличили давление в колбе, и условие кипения нарушилось.

Учитель. Таким образом, мы показали, что с увеличением давления температура кипения жидкости увеличивается. Значит, мы можем предположить, что в глубокой шахте вода закипит при температуре выше 100 °С, т.к. атмосферное давление будет больше. Действительно, на глубине 300 м вода кипит при 101 °С. А при давлении 14 атм – при 200 °С.

• Демонстрация. В кипящую воду насыпаем поваренную соль. Вода перестаёт кипеть. Добавив ещё немного соли и перемешав стеклянной палочкой, мы получаем насыщенный раствор. Через некоторое время солёная вода закипает, и термометр показывает температуру выше 100 °С.

Вывод: соль повышает температуру кипения.

Опытные хозяйки при консервировании продуктов стерилизуют банки подсоленной водой. Соль, содержащаяся в воде, не испаряется, но стерилизация будет эффективнее, т.к. температура кипения повышена.

• Известно ли вам, что холодная вода тоже может кипеть?

Демонстрация: наполняем колбу наполовину водой комнатной температуры, закрываем её пробкой, в которую плотно входит стеклянная трубка, соединённая резиновой трубкой с воздушным насосом, и откачиваем воздух. По мере уменьшения давления в колбе наблюдаем этапы закипания жидкости, при этом температура остаётся комнатной.

Вывод: с уменьшением атмосферного давления, температура кипения уменьшается.

Температура кипения воды понижается примерно на 1 °С на 324 м подъёма. Так, например, на высоте 7000 м вода кипит при температуре 70 °С. Сварить мясо в этих условиях невозможно.

Сравнительная характеристика двух способов парообразования. Итак, давайте сравним два способа парообразования. Общие признаки: 1) и испарение, и кипение – это явления парообразования, которые зависят от внешнего давления и рода вещества; 2) кипение, как и испарение, происходит с поглощением теплоты. Различия: 1) при испарении пар образуется только на свободной поверхности жидкости, а при кипении жидкости – и на свободной поверхности, и внутри пузырьков воздуха, непрерывно рождающихся в толще; 2) испарение происходит при любой температуре, а кипение (от начала и до конца) – при определённой и постоянной для каждой жидкости.

IV. Закрепление нового материала

Учитель. Сейчас мы проверим, как вы усвоили новый материал. (Раздаёт карточки с вопросами. Желающие поднимают руку и отвечают. Класс обсуждает ответ.)

V. Домашнее задание

Для тех, кому интересна тема сегодняшнего урока, предлагаю расширить свои познания и объяснить следующие вопросы, заглянув на книжную полку. (Физическая смекалка. Занимательные задачи и опыты по физике для детей. – М.: Омега, 1994): • Почему убегает молоко? • Можно ли воду вскипятить кипятком? • Можно ли воду вскипятить снегом? • Всегда ли кипяток горяч?

VI. Подведение итогов урока

Учитель. Итак, какое новое явление мы сегодня изучили?

Учитель. Давайте придумаем три прилагательных к слову кипение.

Учащиеся. Бурное, равномерное, постоянное.

Учитель. Придумаем два глагола: что делает кипящая жидкость?

Учащиеся. Бурлит, шумит, булькает.

Учитель. Попробуйте выразить своё отношение к слову. Спасибо за работу всем, но особенно мне понравилось, как работали.

Елена Евгеньевна Стёпина – учитель физики I квалификационной категории, окончила Мичуринский ГПИ в 2000 г., педагогический стаж 11 лет. Замужем, есть сын. Педагогическую деятельность начинала в Тамбовской области. Свою задачу видит в вовлечении детей в совместный труд обучения. Педагогическое кредо: не должно быть обделённых вниманием детей! Каждый хочет быть значительным, социально самоутвердиться. А если он приходит домой с пробелом в знаниях сегодня, завтра, послезавтра, какое уж тут самоутверждение. Ему вообще не захочется переступать порог школы. И в этом будет виноват педагог, не сумевший его научить.

Как только выключается газ, эта оболочка пропадает. Пар, бывший взаперти, высвобождается, входит в контакт с более холодным воздухом, его температура падает, но концентрация пара не изменяется, и потому пар резко конденсируется в виде мелких капелек. Это облачко мы и замечаем.

evgeny 25.11.2005 08:39 Ответить

Гена 25.11.2005 09:21 Ответить

editor Гена 25.11.2005 13:28 Ответить

Евгений, кстати, "Элементы" читают далеко не только в Израиле, а у нас в Москве газовые плиты -- отнюдь не экзотика.

lev 25.11.2005 16:42 Ответить

Такое объяснение было бы правильным полностью,но:
много раз наблюдал на своем чайнике, как в момент выключения
спокойная до того крышка весело подпрыгивает.

Евгения Львовна 29.11.2005 00:23 Ответить

Я такое замечаю, если в процессе жарки (лука, котлет) резко уменьшить огонь под сковородой, над ней вдруг появляется пар. Никогда не догадывалась, отчего это.

kleon 26.12.2005 05:37 Ответить

Рекомендую провести эксперимент. Закройте дырку в носике чайника пробкой от винной бутылки (натуральной, не пластмассовой) и помотрите результат. Если облако пара появится, автор ответа - прав. Если нет - то, увы.

Agunamezeusu 02.02.2006 17:33 Ответить

Ребят, у вас типичная подмена понятий. Дело в том, что в быту часто паром называют то, что по сути им не является. В лучшем случае, то, что вырывается из носика чайника после выключения, можно назвать "облачко конденсированного пара", а на самом деле это лучше назвать туманом - это облако (аэрозоль) мелких капелек воды. Всё сказанное о "коконе" справедливо. Хочу отметить, что струя пара при большом напоре, достаточном для "прорыва" "кокона", конденсируется в струю такого вот тумана. (ситуация когда чайник бурно кипит на большом огне).

shitov 11.02.2006 17:11 Ответить

Когда газовая плита работает, в чайнике происходит конвекция смеси вода плюс пар. Когда нагретая смесь достигает поверхности воды, часть пара уходит в воздух. Вода с меньшим количеством пара погружается вниз.
Отключаем газ - парообразование и конвекция прекращаются. Часть воды с большим количеством пара остается наверху. Весь пар из нее быстро уходит в воздух. Т.е. выход пара на какое-то время быстро возрастает. Поэтому и крышка чайника подпрыгивает в момент отключения газа.

mik736 shitov 23.04.2011 20:54 Ответить

Это правдоподобно. Надо провести эксперимент. Из стеклянной трубки, наполненной водой, сделать барометр. Испортить крышку чайника - дополнительным отверстием для подключения барометра через резиновую трубку. Наблюдать изменение давления. Собственно крышка, которая подпрыгивает - это барометр.

H_N 02.05.2006 14:30 Ответить

Причину возникновения 'форсажного' выброса дополнительного облачка пара из носика чайника при резком выключении газа следует, imho, связывать с характером сгорания остатков газа при резком его перекрытии. Остатки газа сгорают взрывообразно. Опуская рассмотрение причины микровзрыва, можно предположить, что в процессе взрыва значительно возрастает температура газов, и ко дну и стенкам чайника подводится дополнительное тепло, вызывающее, в свою очередь, кратковременный всплеск интенсивности парообразования у дна и стенок чайника (сосуда). При этом уровень кипящей воды поднимается и выталкивает из-под крышки и через носик дополнительный объём пара.

Cheng H_N 12.08.2006 01:53 Ответить

да я думаю так, и происходит, поэкспериментировал с зажигалкой, после того как отпускаешь палец, огонь резко возрастает.

Roma29741 Cheng 11.11.2006 07:07 Ответить

Тоже самое происходит когда заканчивается бензин. Машина или бензопила делает рывок и встает. Быть может это как в электротехнике вкл.(выкл.) сопровождается броском тока.

mik736 H_N 23.04.2011 20:56 Ответить

Hibernate 29.07.2006 22:13 Ответить

Я думаю, что все еще проще: пар из носика выходит постоянно. Просто пока вокруг чайника поднимается теплый воздух от сгорания газа, то пар не конденсируется и мы его не видим. Газ выключили - пар из носика попадает в холодный воздух - пар сконденсировался и мы его увидели. А прекращение выхода пара может объясняться тем, что газ-то выключили и соответственно парообразование прекратилось.

VIK_for_Zp Hibernate 07.08.2006 18:55 Ответить

Полностью с Вами согласен.
Мне так в детстве учитель физики объяснял.
Думаю, что это правильное мнение.

Nikita VIK_for_Zp 08.12.2006 17:46 Ответить

Так трудно объясняить, увеличение количества пара над кастрюлей с кипящей водой, при выключении огня. Пар ведь поднимается над кастрюлей, а не сбоку, как в случае чайника.

Antri Hibernate 19.04.2007 20:00 Ответить

mik736 Hibernate 23.04.2011 20:57 Ответить

00000 18.09.2006 20:34 Ответить

mik736 00000 23.04.2011 20:59 Ответить

evgeny.borzenkov 14.04.2007 18:48 Ответить

Я думаю вы забыли про самый простой вариант :) Посмотрите - когда чайник кипит - на воде образуется много пузырьков, когда мы выключаем чайник - они лопаются - ВСЕ. и поэтому выходит больше пара. Но почитав ваши варианты - я прихожу ко мнению, что причина - это совокупность всех перечисленных факторов.

Михаил Винниченко 30.08.2007 13:38 Ответить

Предлагаю еще одну версию.
Во время кипения воды в чайнике (есть носик, площадь сечения
которого много меньше открытой поверхности воды) давление внутри
чайника больше атмосферного (иначе пар не выходил бы из носика)
и может достигать (в зависимости от конструкции чайника
и величины потока тепла, подводимого к воде) значительных величин.
В результате температура кипения воды выше, чем была бы при давлении, равном атмосферному в месте, где стоит чайник. (Можно рассчитать её).
Когда прекращается подвод тепла (выключили газ), кипение на время выравнивания давлений прекращается, при этом температура воды оказывается выше температуры кипения при атмосферном давлении (вода оказывается перегретой) и она вновь вскипает, сбрасывая избыток тепла в виде облачка пара.

Kandid Михаил Винниченко 21.09.2008 14:46 Ответить

Ха! Наконец-то! Я уж думал, что о давлении никто и не вспомнит.
Странно вот что. Совершенно бытовая ситуация. Взрослый человек, имеющий хоть какую-то привычку к любознательным наблюдениям многократно должен был бы замечать, что дело не в конденсации пара, а в резком вскипании воды внутри чайника. Однако .

Глаголев 23.12.2007 22:35 Ответить

Внутри чайника вследствие получения дополнительной энергии на парообразование часть горячей воды переходит в пар (полезно освежить базовые понятия - температура и энергия парообразования).
При горении конфорки вокруг чайника возникает тепловой кокон, который захватывает пар с собой и уносит вверх, причем характеристики этого горячего воздуха таковы, что пар в нем не конденсируется, а успевает распределиться по объему(смотри так же парциальное давление газов).
При выключении конфорки вследствие некоторой инерционности процесса часть жидкости успевает перейти в пар, но при этом уже отсутствует окружающий чайник тепловой кокон, пар остывает и проходит через так называемую точку росы(одно из важных физических понятий воздуха, так же на любом метеорологическом сайте помимо давления, температуры и влажности воздуха публикуют температуру точки росы) и пар конденсируется.
Интенсивность парообразования зависит от температуры точки росы-чем ниже температура точки росы (она зависит в том числе и от температуры воздуха, но это не линейная зависимость), тем более быстро образуется и более явно будет видно облачко пара(вспомним про дыхание зимой и летом, пары влаги в выдохе присутствуют всегда, пар виден только в холодную погоду)

volypok 29.07.2008 14:08 Ответить

нечто подобное происходит при подогреве воды в микроволновой печке - вода вскипает (иногда весьма интенсивно) когда открываешь крышку или достаешь стакан из печки.

ssm 01.09.2009 09:11 Ответить

Вот у меня был случай с чайником, вот это случай!
Вообщем, чайник стеклянный был с широким днищем и сферически сужающимся к верху, с пластмассовой крышкой, которая слегка с упором закрывалась, просто так не выпадет если перевернуть чайник. Так вот, помыл этот чайник моющим средством, налил где-то на половину чайника воды и поставил на газ, а сам пошел в другую комнату по своим вопросам, и вдруг слышу "бах" какой-то, захожу на кухню, а там картина такая: на полу пластмассовая крышка лежит, стены и плита в воде, в чайнике осталось меньше воды чем было.
Чтобы вас не томить ответом что же произошло, сообщу, что я и сам сразу не понял. Прошло месяца три-четыре, пока я случайно не заметил из-за чего это могло произойти. Когда вода в чайнике кипит, то нижняя часть тепла забирается водой, но стенки чайника не заканчиваются на воде, а идут выше, и вот как раз в этом и весь фокус. Стенки нагреваются не одинаково, верхняя часть чайника всегда горячее нижней, и вот кульминация эффекта - когда совпали кипятковые пузыры, они схлопнулись вместе и создался большой пузырь, который волной бросил воду на горячие стенки стекла, это вода сразу перешла в пар, создалось большое давление и крышку выбросило. Я тогда подумал об оружии, работающем по такому принципу, где вместо пороха работа паров будет толкать пулю/снаряд и т.п. Патрон в виде стеклянной капсулы, в ней вода, стенки участка ствола из меди, медь разогревается до нужной температуры, потом нажатием курка лопается стекло и воды попадает на стенки горячей меди, вода сразу в перенасыщенные пары и толкает пулю/снаряд.

mik736 ssm 23.04.2011 21:04 Ответить

Так вскипают обезгаженные жидкости. Для опытов по химии выпаривали мочу. Она взрывалась, но не кипела.

djanubis 28.09.2009 16:53 Ответить

Детские вопросы. начали аэрозолем, кончили теорией микровзрывов. Почитал бы это мой ребёнок в возрасте 6-7 лет. Люди, вы хоть понимаете что тут делается упор на простоту, хотите казатся умными - выпустите новый учебник по физике для школ или что.

oloegoreh 17.05.2011 19:10 Ответить

orangetree 20.01.2013 00:58 Ответить

Блин. это старая задача и "тепловой кокон" здесь совершенно ни причем. Можно надеть на носик шланг и вывести его куда угодно - эфект тот же.
Дело в том что на газу вода не лежит на дне , а как бы висит на паровой подушке, она просто не может соприкасаться со дном так как дно >100 градусов, так капля бегает например по утюгу. Газ выключаем - подушка схлопывается - вот вам и пар. Учите мат часть)))

Алексей Архиповский 04.06.2013 15:32 Ответить

Чтоб собрать ВСЕ факторы, действительно надо прочесть почти все комменты. А ещё забавно- читаю ответ на второй вопрос (первый был про самолёт) и второй раз основной ответ неправильный.

Гена 10.10.2013 09:22 Ответить

А вообще, я доволен! Восемь лет(8!)идёт обсуждение простенького "детского" вопроса, который я имел наглость задать. Кто-нибудь запросто мог бы на эту тему докторскую написать и защитить, и, всё равно, вопросы бы остались. Это тот самый пример, когда, казалось бы, суперпростое на поверку оказывается архисложным. И динозавры от науки имеют возможность поразмять мозги! А самый прикол в том, что при работе с электрочайником наблюдается то же самое явление, когда ТЭН внутри, и никакого кокона в принципе быть не может! Доктора наук! Вперёд, по новому кругу!

Ветер-с-гор Гена 29.08.2014 16:00 Ответить

Гена, тута я, тута! Тебе нужен ответ на мучащий тебя с детства вопрос, так их есть у меня! Смотри Гена, в чём прикол: конечно же дело ни в каком ни в коконе из горячего воздуха и продуктов горения газа, а процессах кипения, которые происходят в самом чайнике, вернее в толще воды! А теперь напрягись: когда вода кипит постоянно, то всё и под поверхностью и над поверхностью воды и за носиком чайника . сбалансировано и довольно тонко, т.е. мулыметр у в мулыметр! Но вот любопытный Гена выключил газ. но процесс кипения резко не прекращается, а идёт на убыл постепенно, пузыри на дне чайника всё возникают, но их все меньше и меньше, давление под крышкой падает и в косик чайника заходит холодный воздух и как бы запирает отверстие, но пар все ещё поступает и холодный воздух постепенно нагревается и открывает выход пару! Это как небольшой хлопок! Вероятно процесс мог бы повторится, но, скорее всего, сил на это уже нет!

Читайте также: