Перегрев

В физике перегрев ( иногда называемый замедлением кипения или задержкой кипения ) — это явление, при котором жидкость нагревается до температуры , превышающей ее точку кипения , без кипения. Это так называемое метастабильное состояние или метасостояние , при котором в любой момент может произойти кипение, вызванное внешними или внутренними воздействиями. ^{[1] [2]} Перегрев достигается путем нагревания однородного вещества в чистом контейнере, без центров зародышеобразования , при этом необходимо следить за тем, чтобы жидкость не мешала. Это может произойти повода для микроволновки в очень гладкой емкости. Возмущение воды может вызвать небезопасное извержение горячей воды и привести к ожогам . ^[3]

Говорят, что вода «кипит», когда пузырьки водяного пара растут без ограничений, лопаясь на поверхности. Чтобы пузырь пара расширился, температура должна быть достаточно высокой, чтобы давление пара превышало давление окружающей среды (в первую очередь атмосферное давление ). Ниже этой температуры пузырь водяного пара сожмется и исчезнет.

Перегрев является исключением из этого простого правила; иногда наблюдается, что жидкость не кипит, даже если давление ее пара действительно превышает давление окружающей среды. Причиной является дополнительная сила поверхностного натяжения , подавляющая рост пузырьков. ^[4]

Поверхностное натяжение заставляет пузырь действовать как резиновый воздушный шар (точнее, такой, который недостаточно надут, так что резина остается эластичной). Давление внутри немного повышается из-за того, что «кожа» пытается сжаться. Чтобы пузырь расширился, температура должна быть немного выше точки кипения, чтобы создать достаточное давление пара, чтобы преодолеть как поверхностное натяжение, так и давление окружающей среды.

Что делает перегрев настолько взрывоопасным, так это то, что больший пузырь легче надуть, чем маленький; как и при надувании воздушного шара, самое сложное — начать. Получается, что избыточное давление за счет поверхностного натяжения обратно пропорционально диаметру пузырька. ^[5] То есть . ${\ Displaystyle \ Дельта р}$${\ Displaystyle д}$${\ displaystyle \ Delta p \ propto d ^ {- 1}}$

Это можно сделать, представив плоскость, разрезающую пузырь на две половины. Каждая половина притягивается к середине силой поверхностного натяжения , которая должна уравновешиваться силой избыточного давления . Итак, мы получаем , что упрощается до .${\ Displaystyle F \ propto \ pi d}$${\ Displaystyle \ Дельта р \ раз (\ пи д ^ {2}/4)}$${\ displaystyle \ Delta p (\ pi d ^ {2}/4) \ propto \ pi d}$${\ displaystyle \ Delta p \ propto d ^ {- 1}}$

Чтобы произошло кипение, давление пара должно превышать давление окружающей среды плюс небольшое давление, вызванное поверхностным натяжением.