За сколько нагревается вода в чайнике
Обновлено: 17.05.2024
Каждый из нас довольно часто пользуется чайником или обычным, или электрическим, чтобы довести воду до кипения. Это необходимо для приготовления двух замечательных напитков: чая и кофе. Однако не вся электрическая энергия, если чайник – электрический, или энергия горящего газа, если чайник – обычный, идет на нагревание воды. Каждый раз, когда мы, приготавливая кипяток, греем воду, вместе с ней нагревается и сам чайник, а также и воздух на кухне. При этом возникает вопрос: сколько лучше наливать воды? Если воды налить немного, то, с одной стороны, она быстро закипит, и потери теплоты на нагревание воздуха на кухне будет самыми небольшими. Но, с другой стороны, на нагревание самого чайника уйдёт почти столько же энергии, сколько и на нагревание воды. Если воды налить много, то энергия, потраченная на нагревание чайника, будет незначительной, но при этом чайник будет нагреваться долго и, следовательно, гораздо больше энергии будет передано окружающей среде. Давайте попробуем разобраться и определить оптимальное количество воды, при котором отношение потерь тепла к полезной работе по производству кипятка при помощи электрического чайника будет минимально.
При проведении расчетов будем считать, что вода, нагреваемая в чайнике, имеет комнатную температуру, а выделение тепла нагревательным элементом чайника в единицу времени неизменно и равно, соответственно, мощности, указанной производителем электрического чайника.
Для определения оптимального коэффициента полезного действия можно провести экспериментальное исследование, воспользовавшись электрическим чайником с мощностью нагревательного элемента 2400 Вт и объемом 1.5 л. Полезная работа по производству кипятка равна количеству теплоты, необходимому для нагревания воды от комнатной температуры до температуры кипения воды (100 0 С):
где – теплоемкость воды, – масса нагреваемой воды, – температура кипения воды, – начальная температура воды перед нагреванием (25 0 С).
Выделяемое нагревательным элементом количество теплоты определяется формулой:
где – мощность нагревательного элемента, – время закипания воды. Тогда коэффициент полезного действия электрического чайника определяется соотношением:
а потери энергии:
При помощи секундомера делаем измерения времени закипания воды разной массы, а результаты заносим в таблицу:
Интересные факты о воде
Многие люди думают, что температура кипения воды составляет 100°C. Однако этот показатель может меняться в зависимости от атмосферного давления.
В данной статье мы выясним, как будет меняться температура кипения воды в зависимости от давления: в горах, шахте, вакууме. Рассмотрим особенности процесса кипячения с точки зрения физики и химии.
Как будет меняться температура кипения воды: 4 фактора
Температура, при которой кипит жидкость, называется температурой кипения.
Стоит отметить, что она всегда остается неизменной. Поэтому, если увеличить огонь под кипящей кастрюлей с водой, выкипать будет быстрее, но температура при этом не увеличится, так как средняя кинетическая энергия молекул остаётся неизменной.
Рассмотрим 4 фактора, которые влияют на изменение t°:
- Пониженное атмосферное давление (наблюдается в горной местности) – t° уменьшается.
- Повышенное атмосферное давление (наблюдается в шахте) – t° наоборот увеличивается.
- Применения герметической крышки, вакуума. За счёт герметической крышки или посуды пар не выходит градус кипения увеличивается. При использовании вакуума температура зависит от давления, которое создано внутри его.
- Свойства воды. Соленая вода начинает кипеть при более высокой температуре, чем пресная.
Рассмотрим более подробно каждый из факторов.
Влияние атмосферного давления
Согласно исследованиям и уравнению Клапейрона — Клаузиуса, градус кипения напрямую зависит от атмосферного давления. С его ростом температура кипения увеличивается, а с уменьшением, наоборот, становится все ниже и ниже.
Атмосферное давление — это давление атмосферы, действующее на все находящиеся на ней предметы и земную поверхность. Оно может меняться в зависимости от места и времени и измеряется барометром.
При нормальном атмосферном давлении 760 мм ртутного столба вода кипит при + 100 °C
В горной местности давление уменьшается, а под землей (в шахте) увеличивается.
Для наглядности предоставлена таблица № 1 из большого химического справочника, источник: Волков А. И, Жарский И. В.
| Р, кПа | t, °C | Р, кПа | t, °C | Р, кПа | t, °C |
| 5,0 | 32,88 | 91,5 | 97,17 | 101,325 | 100,00 |
| 10,0 | 45,82 | 92,0 | 97,32 | 101,5 | 100,05 |
| 15,0 | 53,98 | 92,5 | 97,47 | 102,0 | 100,19 |
| 20,0 | 60,07 | 93,0 | 97,62 | 102,5 | 100,32 |
| 25,0 | 64,98 | 93,5 | 97,76 | 103,0 | 100,46 |
| 30,0 | 69,11 | 94,0 | 97,91 | 103,5 | 100,60 |
| 35,0 | 72,70 | 94,5 | 98,06 | 104,0 | 100,73 |
| 40,0 | 75,88 | 95,0 | 98,21 | 104,5 | 100,87 |
| 45,0 | 78,74 | 95,5 | 98,35 | 105,0 | 101,00 |
| 50,0 | 81,34 | 96,0 | 98,50 | 105,5 | 101,14 |
| 55,0 | 83,73 | 96,5 | 98,64 | 106,0 | 101,27 |
| 60,0 | 85,95 | 97,0 | 98,78 | 106,5 | 101,40 |
| 65,0 | 88,02 | 97,5 | 98,93 | 107,0 | 101,54 |
| 70,0 | 89,96 | 98,0 | 99,07 | 107,5 | 101,67 |
| 75,0 | 91,78 | 98,5 | 99,21 | 108,0 | 101,80 |
| 80,0 | 93,51 | 99,0 | 99,35 | 108,5 | 101,93 |
| 85,0 | 95, 15 | 99,5 | 99,49 | 109,0 | 102,06 |
| 90,0 | 96,71 | 100,0 | 99,63 | 109,5 | 102,19 |
| 90,5 | 96,87 | 100,5 | 99,77 | 110,0 | 102,32 |
| 91,0 | 97, 02 | 101,0 | 99,91 | 115,0 | 103,59 |
Единицы измерения давления в таблице: кПа.
1 кПа = 1000 Па = 0,00986923 атм = 7, 50062 мм. рт. ст
Нормальное атмосферное давление составляет 765 мм. РТ. Ст. = 101,325 Р, кПа
Температура кипения в горах
При подъеме над поверхностью Земли (в горах), температура кипения воды падает, так как снижается атмосферное давление (на каждые 10, 5 м на 1 мм РТ. С). Пузырькам легче всплывать – процесс происходит быстрее.
Поэтому высоко в горах альпинисты не могут приготовить нормальную пищу, а используют законсервированные продукты.
Для варки мяса, как и других продуктов, нужны привычные 100 градусов. В обратном случае все компоненты бульона просто останутся сырыми.
| Высота над уровнем моря | t° кипения |
| 0 | 100,0 |
| 500 | 98,3 |
| 1000 | 96,7 |
| 1500 | 95,0 |
| 2000 | 93, 3 |
| 2500 | 91,7 |
| 3000 | 90,0 |
| 3500 | 88,3 |
| 4000 | 86,7 |
| 4500 | 85,0 |
| 5000 | 83,3 |
| 6000 | 80,0 |
Температура кипения воды в шахте
Если спуститься в шахту, то давление будет увеличиваться.
Температура кипения воды в шахте зависит от глубины (при спуске на 300 м вода закипит при t 101°C, при глубине 600 метров -102 °C
Применение герметической крышки
Герметичные крышки не позволяет образовавшемуся пару ускользнуть. В среднем температура закипания воды увеличивается от 5-20 градусов.
В хозяйстве для приготовления блюд часто используют кастрюли, сковородки с герметичной крышкой. Таким образом, уменьшается время приготовления пищи за счет высокой температуры, а блюда получаются более вкусными. В горных районах с низким давлением это необходимая вещь для приготовления пищи. Так же используют мультиварки и сотейники.
Кипячение воды в вакууме
Вакуум — это среда с газом, с пониженным давлением.
- низкий;
- средний;
- высокий;
- сверхвысокий;
- экстремальный;
- космическое пространство;
- абсолютный.
Температура кипения воды в вакууме зависит от того, какое давление в нём.
Разные виды вакуумов поддерживают разное давление. Например, в низком вакууме давление составляет от 760 до 25 мм. РТ. Ст. В абсолютном вакууме давление полностью отсутствует. Для точного расчета нужно знать модель вакуума и давление, которое он поддерживает.
Кипение солёной воды
Солёная вода закипает при более высокой температуре за счет своих свойств.
Соль увеличивает плотность воды, соответственно на процесс требуется больше времени.
t° повышается примерно на 1 градус при добавлении 40 грамм соли на литр воды.
Температура кипения воды в чайнике
Чистая пресная вода закипает в чайнике при t° 100 градусов °C при условиях нормального атм. давления 760 мм ртутного столба.
Удельная теплоемкость
Удельной теплоемкостью вещества называется количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 кг этого вещества, чтобы его температура изменилась на 1 градус Цельсия.
Это количество теплоты необходимое для нагревания массы вещества на один градус.
формула удельной теплоемкости
С — удельная теплоемкость;
Q — кол-во теплоты;
— масса нагреваемого охлаждающегося вещества;
— ΔT — разность конечной и начальной температур вещества.
Процесс кипячения воды: 3 основных стадии
Кипение – это интенсивное парообразование, которое происходит при нагревании жидкости по всему объёму при определённой температуре.
Весь процесс кипения воды сопровождается выделением пара. Это одно из состояний воды. При парообразовании температура пара и воды остаются постоянными до тех пор, пока жидкость не изменит свое агрегатное состояние. Это явление объясняется тем, что при кипении вся энергия расходуется в преобразование воды в пар.
В воде растворены молекулы воздуха (газов). При нагревании газ превращается в воздушные пузырьки. При достижении достаточной температуры они лопаются, создаётся характерный шум.
Процесс можно разделить на 3 стадии:
Что такое кипячёная вода?
Это вода, ранее доведенная до температуры кипения. Сырая вода в своем составе может содержать различные бактерии, микроорганизмы. В водопроводе больших городов много хлора и различных других химических веществ. Процесс кипячения обезвреживает многие микробы. Однако не все бактерии и тяжёлые металлы убиваются в кипящей воде, поэтому питьевая вода происходит предварительную проверку пригодности.
Выводы и рекомендации
Кипячение необходимый процесс для человечества. С помощью него приготавливают пищу, стирают загрязненную одежду, проводят дезинфекцию.
Каждый из нас в среднем выпивает по несколько чашек кофе или чая в день. Порой чайник греет так долго, что просто нет сил ждать. Может лучше залить в него сразу горячую воду, он и закипит быстрее? Определенная логика в этом есть, однако все не так просто, как кажется. Устраивайтесь поудобнее и запоминайте, почему не стоит лить в чайник горячую воду.
1. Основные причины
В данном случае имеется в виду вода, подогретая централизованно. Перед тем, как попасть в наши краны, холодная жидкость проходит ряд очисток. Она пригодна как для кофе/чая, так и для приготовления пищи.
На первый взгляд очевидных различий между холодной и горячей водой из-под крана, помимо температуры, нет. Ее так же очищают и хранят в специальных резервуарах. Однако главное отличие жидкостей - химический состав.
2. Состав горячей воды
Чтобы трубы горячего водоснабжения исправно функционировали, применяют определенные вещества. Химические реагенты препятствуют возникновению ржавчины, а также дезинфицируют трубы.
Малая доля химвеществ, не превышающая санитарные нормы, может оставаться в воде. Однако при их регулярном употреблении, примеси могут негативно сказаться на здоровье. Наиболее опасными считаются ионы свинца и полиакриламид.
Зачем заливать в чайник жидкость с дополнительными примесями, если можно использовать очищенную холодную воду? Так вы получите качественный кипяток без вредных добавок.
3. Требования к качеству горячей воды
Водопроводная жидкость, подогретая в котельной, считается технической. По санитарным нормам она относится к воде, которую следует использовать только для бытовых и хозяйственных нужд.
Важно! Питьевой и пригодной для приготовления пищи считается холодная вода. К ее качеству выдвигаются более высокие требования, а к технической - более низкие.
В процессе нагревания вода проходит сперва через бойлерные трубы, а затем через водопроводные. Высокая температура способствует растворению отложений, которые образуются на стенках трубопровода. Именно поэтому в воде, нагретой до 60-70 градусов, примесей будет намного больше, чем в холодной.
К тому же, в жидкость, циркулирующую по нагревательным элементам, добавляют специальные смягчающие реагенты. Они препятствуют образованию накипи, которая может забить просветы труб и вывести бойлер из строя. Вы можете даже не замечать в воде дополнительных примесей, однако они будут постепенно накапливаться в организме. Без острой необходимости пить такую воду не рекомендуют.
4. Подходит ли вода, подогретая в колонке?
Мы разобрались с горячим водоснабжением, но возникает другой вопрос: как быть с газовой колонкой или самостоятельным подогревом воды? Здесь ситуация обстоит сложнее.
Ни изготовители газового оборудования, ни санитарные службы не гарантируют, что после нагревания жидкость сохранит первоначальный состав. Однако запрета на употребление такой воды тоже нет.
Дать четкий ответ невозможно, поскольку колонки у хозяев находятся в разных состояниях. Установить пригодность воды для питья можно лишь при помощи отдельной экспертизы для каждого источника.
С другой стороны, жидкость, подогретая при помощи колонки, вызывает опасения. В процессе задействуются медные трубки, которые выделяют в воду ионы меди. Официального запрета на употребление такой жидкости нет, поэтому заливать ее в чайник или нет - выбор за вами.
5. Как горячая вода влияет на чайник?
Холодная вода - самая полезная жидкость как для человека, так и для чайника. Она чище по составу, содержит минимальное количество свинца и других химических примесей.
Качество воды влияет не только на здоровье человека, но и на длительность работы чайника. Горячая жидкость проходит через многочисленные трубопроводы и собирает солевые отложения с металлических элементов. Именно поэтому при нагревании она образует большое количество накипи.
Отложения скапливаются на внутренних стенках и нагревательном элементе довольно быстро. Через напитки накипь может попасть и в наш организм. Из-за известковых отложений нагревательные элементы (ТЭНы) ломаются и не всегда подлежат ремонту. Накипь трудно удалить и приходится использовать агрессивные вещества, которые неблагоприятно влияют на состояние чайников.
К тому же, чем больше налета внутри изделия, тем дольше нагревается жидкость. Таким образом, желая сократить время на кипячение при помощи горячей воды, мы рискуем добиться обратного эффекта. Да еще и кипяток получится с примесями.
Тонкие ценители чая и кофе также отмечают, что некачественная вода влияет на вкусовые качества напитков. Таким образом, для приготовления еды и питья лучше всего использовать холодную воду. Дополнительно ее рекомендуют пропустить через фильтр, чтобы точно быть уверенным в качестве жидкости. А горячую воду оставьте для хозяйственных и бытовых нужд.
Как остудить воду до 80 градусов? Как заварить белый чай водой 60 градусов? Можно завести термометр, а можно использовать таймер! Вот несколько рекомендаций.
Черный (красный) чай, пуэр и улуны обычно мы завариваем кипятком. Тут всё просто и вопросов нет.
А как быть с зелёным чаем?
Он требует воду температурой 70-80 градусов, в зависимости от сорта.
А белый чай?
Вообще 60 градусов! И в этом случае 70, а не 60 - это уже большая разница!
Если вам не хочется покупать термометр, то запоминайте следующие правила.
Во-первых, вы кипятите воду - доводите до реального кипения.
Во-вторых, наливаете кипяток в чайник/чахай/стакан. И засекаете время на таймере!
И далее в зависимости от материала вашего сосуда зависит скорость падения температуры.
Как быстро остывает кипяток в стеклянном стакане объёмом 300мл?
⠀
90 Градусов - за 2 минуты;
80 градусов - 6 минут;
70 градусов - 12 минут;
60 градусов - 22 минуты!
⠀
За сколько остывает кипяток в фарфоровой кружке 300мл?
⠀
90 градусов - за 20 секунд;
80 градусов - 1 минута;
70 градусов - 8 минут;
60 градусов - 16 минут;
50 градусов - 25 минут.
⠀
Толстая фарфоровая стенка сразу же забирает температуру на себя!
Поэтому если вы хотите заварить в кружке пуэр, улун или красный чай, то лучше сначала прогреть кружку (чайник) кипятком, а затем положить чай и залить его прямо кипятком, не мешкая!
А как быть с чайником?
Как остудить воду в чайнике для зелёного или белого чая ?
1. Вскипятите воду и залейте её в НЕПРОГРЕТЫЙ чайник (стекло 500-600мл).
2. Не закрывайте чайник крышкой. Поставьте таймер на 10-12 минут.
3. Вода остынет до 75-80 градусов, что оптимально для заваривания зелёного чая. Для белого чая лучше подождать 15 минут.
4. Можно перелить эту воду в термос и заваривать проливом в гайвани. Либо положить 5-6 грамм чая непосредственно в этот чайник, перемешать, закрыть крышкой и подождать 2 минуты. Затем разлить весь настой по чашкам!
5. Повторно этот чай можно заварить чуть остывшим кипятком: вскипятить чайник, оставить его с открытой крышкой на пару минут. Настаивать чай 2-3 минуты.
Приятных вам чаепитий!
⠀
Чайники с поддержанием температуры выглядят и стоят по-разному — от 2 000 до 10 000 рублей. Мы запаслись моделями из разных ценовых категорий и проверили, насколько они точны, зависит ли скорость кипячения и подогрева от мощности и так ли хороши чайники подороже.
Для эксперимента выбрали пять популярных моделей:
Ход эксперимента: секундомер, шумомер и термометр
Первым делом мы налили в каждый чайник по 1,5 литра воды (чтобы уравнять шансы, Bosch и Xiaomi вмещают полтора литра, остальные чайники — 1,7 л) и измерили время закипания. Параллельно фиксировали максимальный уровень шума. Следующий этап — измерение точности нагрева воды. Каждая модель нагревает воду до заданной температуры и поддерживает ее, поэтому мы замеряли точность нагрева, попутно отмечая особенности работы и удобство использования.
Кто быстрее и громче
Скорость закипания точно соответствует мощности чайников. Самый мощный — Bosch (2 400 Вт) вскипятил воду за 4 минуты 39 секунд. На двух последних строчках — 1800-ваттные Polaris и Xiaomi. Разница — почти минута.
Уровень шума зависит от мощности в меньшей степени, скорее от материала и конструкции. Polaris (1800 Вт) — самый тихий, но максимальный уровень шума показали Bosch (2 400 Вт), Starwind (2 200 Вт) и Xiaomi (1800 Вт). По субъективным ощущениям, все чайники шумят одинаково, заставляют громче разговаривать, но не вызывают желания вставить беруши.
Верить ли кнопкам с температурой
Все чайники из нашего эксперимента поддерживают заданную температуру. Три из пяти моделей нагревают воду до 40, 70 и 90°C градусов. Исключения — Bosch, у которого нет нагрева до 40°C, и Polaris, вместо 90°C нагревающий воду до 80°C. Отдельная история — Xiaomi: тут через приложение можно установить любую температуру.
Мы замерили точность каждого чайника, и здесь тоже без сенсаций, но все модели слегка завышают температуру. Так, Starwind точнее других выдерживает 40°C, но с ростом температуры растет и погрешность. Bosch и Kitfort — отклонения не больше 2 градусов, а Xiaomi завышает больше других.
Но если по делу, то верить чайникам можно. Заданную температуру все модели поддерживали точно, отклонение 1–2 градуса едва ли будут критичны для приготовления детского питания или заваривания улуна. Недорогие чайники сработали так же хорошо, как чайники в 2–3 раза дороже. Но особенности у дорогих моделей всё же есть.
Есть ли преимущества у дорогих чайников
Если не знать заранее, то сказать, какой чайник дороже, непросто. В эксперименте участвовали два дорогих чайника: Bosch и Polaris дороже 6 000. При этом Bosch — частично пластиковый, а чайник Polaris очень похож на Starwind. Говорите, у него есть подставка с кнопками? Так у недорого Kitfort такая же. Разница кроется в мелочах и деталях.
Bosch TWK861P4RU
Кроме того, что он самый быстрый, ни одна часть закипевшего чайника Bosch не обжигает, не считая выходящего пара, разумеется. Даже металлическое кольцо остается теплым, но не горячим.
Polaris PWK 1777CGLD
Все модели подогревают воду и отключаются после того, как ими воспользовались (заварили чай, например) и вернули на подставку. И только Polaris продолжает нагревать воду. Да, в нем есть защита от кипячения без воды, но если в чайнике осталось хотя бы немного воды, нагрев продолжится. Хочется пошутить: если хватило денег на Polaris, то хватит и на счет за электричество.
Kitfort КТ-621
Стильный, полностью алюминиевый Kitfort обжигает, даже крышку надо открывать осторожно. Пластиковая кнопка не горячая, но коснуться нагретого корпуса очень просто.
Xiaomi Mi Smart Kettle
Xiaomi не показывает заданную температуру нагрева. Управление через приложение — это прогрессивно, но не всегда удобно. В Mi Home можно задать любую температуру нагрева, но посмотреть текущую — только в приложении. При нажатии кнопки Warm чайник нагреет воду до предыдущего значения. Например, вы обычно греете воду до 40°C, чтобы заварить детское питание, а кто-то из домашних установил 80°C. В лучшем случае это выяснится, когда чайник отключится, почти доведя воду до кипения.
Есть вопросы и к точности измерений температуры. Например, выставляем нагрев до 40°C. Приложение показывает, что вода нагрелась до 41°C, а по факту там все 43°C.
Плюс приложение работает не быстро: дойти до кухни и нажать кнопку на чайнике быстрее, чем зайти в приложение, дождаться установки связи и включить его удаленно.
Starwind SKG5213
У Starwind SKG5213 есть режим дехлорирования/стерилизации — чайник кипятит воду 3 минуты после закипания для удаления растворенных в воде летучих примесей
Starwind перестает поддерживать заданную температуру. Несколько раз в режиме нагрева он отключался при достижении заданной температуры, хотя должен оставаться активным и периодически включаться для догрева воды.
А еще Starwind будет раздражать эстетов цветами подсветки, несуразным экранчиком на ручке (хотя видеть температуру воды удобно) и непонятной индикацией кнопок.
Что же выбрать
Несмотря на цифры, которые мы получили, вывод сделаем субъективный. Все участники эксперимента (коллеги, не чайники) решили, что удобство эксплуатации важнее, чем лишняя минутка при закипании или погрешность в 1–2 градуса.
Читайте также: