Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Кипение является быстрое испарение из жидкости , которое происходит , когда жидкость нагревают до его точки кипения , то температура , при которой давление паровдавления жидкости равно давлению, оказываемому на жидкость окружающей атмосферой. Существует два основных типа кипения: пузырьковое кипение, при котором в отдельных точках образуются маленькие пузырьки пара, и кипение с критическим тепловым потоком, при котором поверхность кипения нагревается выше определенной критической температуры и на поверхности образуется пленка пара. Переходное кипение - это промежуточная, нестабильная форма кипения с элементами обоих типов. Температура кипения воды составляет 100 ° C или 212 ° F, но она ниже из-за пониженного атмосферного давления на больших высотах.

Кипячение воды используется как способ сделать ее пригодной для питья, убивая микробы и вирусы, которые могут присутствовать. Чувствительность различных микроорганизмов к теплу различна. Но если вода выдерживается при 100 ° C (212 ° F) в течение одной минуты, большинство микроорганизмов и вирусов инактивируются. Десяти минут при температуре 70 ° C (158 ° F) также достаточно для большинства бактерий.

Кипяток также используется в нескольких методах приготовления, включая кипячение, приготовление на пару и припуск.

Типы [ править ]

Nucleate [ править ]

Ядерное кипячение воды над горелкой кухонной плиты

Ядерное кипение характеризуется ростом пузырьков или хлопков на нагретой поверхности, которые поднимаются из отдельных точек на поверхности, температура которой лишь немного выше температуры жидкости. Как правило, количество центров зародышеобразования увеличивается с увеличением температуры поверхности.

Неровная поверхность емкости для кипячения (например, повышенная шероховатость поверхности) или добавки к жидкости (например, поверхностно-активные вещества и / или наночастицы) способствуют пузырьковому кипению в более широком диапазоне температур [1] [2] [3], в то время как исключительно гладкая поверхность, например пластик, поддается перегреву . В этих условиях нагретая жидкость может задерживать закипание, а температура может несколько превышать точку кипения без кипения.

Критический тепловой поток [ править ]

Критический тепловой поток (CHF) описывает тепловой предел явления, при котором во время нагрева происходит фазовое изменение (например, образование пузырьков на металлической поверхности, используемой для нагрева воды ), что внезапно снижает эффективность теплопередачи , вызывая локальный перегрев поверхность нагрева. Когда поверхность кипения нагревается выше критической температуры, на поверхности образуется пленка пара. Поскольку эта паровая пленка гораздо менее способна отводить тепло от поверхности, температура очень быстро повышается за пределами этой точки в переходный режим кипения . Момент, в котором это происходит, зависит от характеристик кипящей жидкости и рассматриваемой поверхности нагрева. [2]

Переход [ править ]

Переходное кипение может быть определено как нестабильное кипение, которое происходит при температурах поверхности между максимальным, достижимым при пузырьковом кипении, и минимальным, достижимым при пленочном кипении.

Образование пузырьков в нагретой жидкости - сложный физический процесс, который часто включает кавитацию и акустические эффекты, такие как шипение широкого спектра, которое можно услышать в чайнике, еще не нагретом до точки, при которой пузырьки вскипают на поверхности.

Фильм [ править ]

Основная статья: эффект Лейденфроста

Если поверхность, нагревающая жидкость, значительно горячее, чем жидкость, произойдет пленочное кипение, при котором тонкий слой пара с низкой теплопроводностью изолирует поверхность. Это состояние паровой пленки, изолирующей поверхность от жидкости, характеризует пленочное кипение .

Физика [ править ]

Температура кипения элемента при заданном давлении является характерным признаком элемента. Это также верно для многих простых соединений, включая воду и простые спирты . После начала кипения и при условии, что кипение остается стабильным и давление остается постоянным, температура кипящей жидкости остается постоянной. Этот атрибут привел к принятию точки кипения в качестве определения 100 ° C.

Дистилляция [ править ]

Смеси летучих жидкостей имеют температуру кипения, специфичную для этой смеси, производящей пар с постоянным составом компонентов - смесь с постоянным кипением . Этот атрибут позволяет разделять или частично разделять смеси жидкостей путем кипячения и наиболее известен как средство отделения этанола от воды.

Использует [ редактировать ]

Холодильное оборудование и кондиционирование [ править ]

Большинство видов охлаждения и некоторые виды кондиционирования воздуха работают за счет сжатия газа, чтобы он стал жидкостью, а затем кипения. Он поглощает тепло из окружающей среды, охлаждая холодильник или морозильник или охлаждая воздух, поступающий в здание. Типичные жидкости включают пропан , аммиак , диоксид углерода или азот .

Для приготовления питьевой воды [ править ]

Как метод дезинфекции воды, доведение ее до точки кипения при 100 ° C (212 ° F), является старейшим и наиболее эффективным способом, поскольку он не влияет на вкус, он эффективен, несмотря на наличие в нем загрязняющих веществ или частиц, и это одностадийный процесс, который устраняет большинство микробов, вызывающих заболевания кишечника . [4] Температура кипения воды составляет 100 ° C (212 ° F) на уровне моря и при нормальном барометрическом давлении. [5] В местах, где имеется надлежащая система очистки воды , он рекомендуется только в качестве метода экстренной очистки или для получения питьевой воды в пустыне или в сельской местности, поскольку он не может удалить химические токсины или примеси. [6][7]

Уничтожение микроорганизмов путем кипячения следует кинетике первого порядка - при высоких температурах это достигается за меньшее время, а при более низких температурах - за большее время. Тепловая чувствительность микроорганизмов варьируется: при 70 ° C (158 ° F) для видов лямблий (вызывающих лямблиоз ) может потребоваться десять минут для полной инактивации, для большинства кишечных микробов и кишечной палочки ( гастроэнтерит ) требуется менее минуты; при температуре кипения холерный вибрион ( холера ) занимает десять секунд, а вирус гепатита А (вызывает симптом желтухи).), одна минута. Кипячение не гарантирует уничтожения всех микроорганизмов; Споры бактерий Clostridium могут выжить при 100 ° C (212 ° F), но не переносятся водой или не влияют на кишечник. Таким образом, для здоровья человека полная стерилизация воды не требуется. [4]

Традиционный совет кипячения воды в течение десяти минут в основном предназначен для дополнительной безопасности, поскольку микробы начинают уничтожаться при температурах выше 60 ° C (140 ° F), и доведение воды до точки кипения также является полезным показателем, который можно увидеть без с помощью градусника , и к этому времени вода обеззараживается. Хотя температура кипения снижается с увеличением высоты, этого недостаточно, чтобы повлиять на процесс дезинфекции. [4] [8]

В кулинарии [ править ]

Варка макарон

Варка - это метод приготовления пищи в кипящей воде или других жидкостях на водной основе, таких как бульон или молоко . [9] Simmering нежно кипение, в то время как браконьерство жидкости кулинарии движется , но едва ли пузыри. [10]

Температура кипения воды обычно составляет 100 ° C или 212 ° F. Давление и изменение состава жидкости могут изменить точку кипения жидкости. Приготовление на большой высоте обычно занимает больше времени, так как температура кипения зависит от атмосферного давления . На высоте около одной мили (1600 м) вода закипает примерно при 95 ° C или 203 ° F. [11] В зависимости от типа пищи и высоты кипящая вода может быть недостаточно горячей для правильного приготовления пищи. [12] Аналогичным образом, повышение давления, как в скороварке, повышает температуру содержимого выше точки кипения на открытом воздухе.

Варить в мешке [ править ]

Основная статья: Варка в пакете
Смотрите также: Sous-vide

Также известный как «кипячение в пакете», это включает нагревание или приготовление готовой пищи, запечатанной в толстом пластиковом пакете. Пакет с продуктами, часто замороженными, на определенное время опускают в кипящую воду. [13] Полученные блюда можно приготовить с большим удобством, поскольку кастрюли и сковороды при этом не загрязняются. Такое питание доступно как для кемпинга, так и для домашнего питания.

Контраст с испарением [ править ]

При любой заданной температуре все молекулы в жидкости не обладают одинаковой кинетической энергией. Некоторые частицы с высокой энергией на поверхности жидкости могут иметь достаточно энергии, чтобы избежать межмолекулярных сил притяжения жидкости и стать газом. Это называется испарением.

Испарение происходит только на поверхности, в то время как кипение происходит во всей жидкости. Когда жидкость достигает точки кипения, в ней образуются пузырьки газа, которые поднимаются на поверхность и вырываются в воздух. Этот процесс называется кипячением. Если кипящую жидкость нагреть сильнее, температура не повысится, но жидкость закипит быстрее.

Это различие характерно исключительно для перехода жидкость-газ; любой переход непосредственно от твердого вещества к газу всегда называют сублимацией, независимо от того, находится ли он в точке кипения или нет.

См. Также [ править ]

  • Фазовая диаграмма
  • Фаза перехода
  • Взрывное вскипание или фазовый взрыв
  • Время восстановления (кулинарное)
  • Энтальпия испарения

Ссылки [ править ]

  1. ^ Doretti, L .; Лонго, Джорджия; Mancin, S .; Righetti, G .; Вейбель, Дж. А. (2017). «Осаждение наночастиц при кипячении в бассейне наножидкости Cu-вода» . Журнал физики: Серия конференций . 923 (1): 012004. Bibcode : 2017JPhCS.923a2004D . DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 923/1/012004 . ISSN  1742-6596 .
  2. ^ a b Тейлор, Роберт А.; Фелан, Патрик Э. (2009). «Бассейн кипячения наножидкостей: всесторонний обзор существующих данных и ограниченные новые данные». Международный журнал тепломассообмена . 52 (23–24): 5339–5347. DOI : 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2009.06.040 .
  3. ^ Роберт А. Тейлор, Патрик Э. Фелан, Тодд Отаникар, Рональд Дж. Адриан, Рави С. Прашер, Генерация пара в жидкой суспензии наночастиц с использованием сфокусированного непрерывного лазера , Applied Physics Letters, Volume: 95, Issue: 16, 2009
  4. ^ a b c Говард Бэкер (2002). «Обеззараживание воды для международных путешественников и путешественников по дикой природе» . Клинические инфекционные болезни . Оксфордские журналы. 34 (3): 355–364. DOI : 10.1086 / 324747 . PMID 11774083 . Проверено 20 июля 2013 года . 
  5. ^ «Точка плавления, точка замерзания, точка кипения» . chemed.chem.purdue.edu . Проверено 11 января 2019 .
  6. ^ US EPA, OW (2015-11-18). «Экстренная дезинфекция питьевой воды» . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 11 января 2019 .
  7. ^ Кертис, Рик (март 1998 г.). "Руководство OA по очистке воды, Полевое руководство туриста" .
  8. ^ CDC (2019-09-06). «Обеспечение безопасности воды в чрезвычайной ситуации» . Центры по контролю и профилактике заболеваний . Проверено 7 января 2020 .
  9. ^ Рикус, Алексис; Сандер, Бев; Макки, Ивонн (22.08.2016). Приготовление пищи и питание AQA GCSE . Hodder Education. ISBN 9781471863653.
  10. Перейти ↑ Publishing, DK (2005-08-29). Кулинарная книга: методы и советы от лучших поваров мира . Пингвин. ISBN 9780756665609.
  11. ^ IAPWS . «Как давление влияет на кипение воды? Почему вода кипит при более низкой температуре на больших высотах?» . Часто задаваемые вопросы о воде и Steam . Архивировано из оригинала на 2009-08-06 . Проверено 5 декабря 2009 .
  12. ^ «Кулинария на большой высоте и безопасность пищевых продуктов» . Министерство сельского хозяйства США . 15 июня 2013 . Проверено 10 февраля 2020 года .
  13. ^ «Варка в пакете - Определите кипячение в пакете на Dictionary.com» . Dictionary.com .