Все о датчиках температуры.
Первый универсальный русскоязычный портал

Символ нового года

Почему из чайника вырывается пар после выключения огня?

12.08.2013 | Интересные факты о температуре | Количество просмотров: 11192 | Комментарии (2)

Внимательные хозяйки не раз замечали, что во время выключения огня, над чайником, кастрюлей или сковородой на несколько мгновений происходит выброс пара. Если чайник закрыт, то его крышка внезапно начинает подпрыгивать. Почему это случается? Казалось бы, огонь выключили, вода должна остывать, а она как будто наоборот, вскипает. 

Понятно, что это физическое явление надо пытаться объяснить с помощью физических законов. В научно-популярных изданиях ответы на подобные вопросы есть. Вот одно из наиболее частых объяснений. Во время кипения чайника на открытом огне вокруг него образуется «кокон» горячего воздуха, который не дает пару, исходящему от воды, конденсироваться и становиться видимым. После отключения огня «кокон» исчезает и пар, конденсируясь в холодном окружающем воздухе, становится видимым. Объяснение логичное. Однако я лично наблюдала этот эффект и над широкими кастрюлями, и даже над сковородой, где «кокон» образоваться не может. Кроме того, подпрыгивание крышки чайника никак нельзя объяснить теорией «кокона». 

Иногда образование облачка пара объясняют и без горячего воздушного «кокона». При непрерывном кипении над поверхностью образуется слой перегретого пара. Водяной пар не видимый. Путем естественной конвекции возникающей от резкого перепада температур он может быстро уйти вверх и рассеятся. Огонь выключают. Парообразование изнутри прекращается. Температура над поверхностью снижается и пар начинает конденсироваться до видимого состояния. Эта теория, однако, опять же не объясняет заметное  подпрыгивание крышки чайника при выключении огня.

 Есть еще одна версия явления, объясняющая вскипание воды в чайнике после выключения огня. Над поверхностью воды внутри чайника образуется область повышенного давления пара. Давление повышает температуру кипения жидкости.  При прекращении подачи энергии давление снижается, и перегретая вода резко вскипает. Эта версия не кажется правдоподобной, т.к. при снижении давления крышка не должна подпрыгивать. 

Я думаю, что объяснить причину этого интересного бытового явления можно рассматривая подробно процесс кипения воды. Известно, что по мере увеличения температуры нагреваемой поверхности сосуда, вода проходит несколько стадий кипения.

Пузырьковая стадия кипения заключается в том, что на горячей поверхности образуются маленькие пузырьки пара которые  стремительно растут, поднимаются вверх и лопаются. По мере роста температуры поверхности число пузырьков увеличивается. Именно на этой стадии кипения наблюдается самый интенсивный теплообмен жидкости с нагреваемой поверхностью и самое интенсивное испарение воды. Это также самый шумный этап кипения чайника.

При дальнейшем нагревании пузырьков на дне становится так много, что происходит их слияние и образование отдельных зон пара – это переходная фаза кипения. За ней следует самая интересная фаза – пленочное кипение. На дне чайника или сковороды образуется слой пара. Мы можем наблюдать уже не движение пузырьков, а бурление водяного потока. Чайник перестает шуметь. Теплопередача между нагреваемой поверхностью и водой резко падает из-за низкой теплопроводности пара. Дно может перегреется на десять  градусов и больше. Пузырьков нет, и испарение слабеет. 

Говоря о пленочном кипении, очень часто упоминают эффект Лейденфроста (Johann Gottlob Leidenfrost).  Лейденфрост в «Трактате о некоторых свойствах обыкновенной воды» в 1756 году описал явление, при котором жидкость в контакте с телом значительно более горячим, чем точка кипения этой жидкости, создаёт изолирующий слой пара, который предохраняет жидкость от быстрого выкипания. В быту эффект можно наблюдать, капая на сковороду по мере её нагревания. По достижении 100 градусов капли будут испаряться с шипением и очень быстро. Далее, после того как температура проходит точку Лейденфроста, капли при контакте со сковородой собираются в маленькие шарики и перемещаются по ней — вода находится в сковороде значительно дольше, чем при более низких температурах. Основная причина — при температурах выше точки Лейденфроста нижняя часть капли мгновенно испаряется при контакте с горячей поверхностью. Получающийся пар поддерживает оставшуюся часть капли над ней, предотвращая дальнейшее прямое соприкосновение между жидкой водой и горячей поверхностью. Так как теплопроводность пара значительно ниже, теплообмен между каплей и сковородой замедляется, это позволяет капле «ездить» по сковороде на слое газа под ней.

Что происходит, когда мы резко снижаем тепловой поток (выключаем газ)? Температура опускается ниже точки Лейденфроста.  Пленочное кипение переходит на время в пузырьковое! Наблюдается вскипание жидкости.

Интересно то, что эффект, который можно объяснить, опираясь на работы физиков 18 века, сейчас в большинстве случаев находит неправильное толкование в популярных учебниках. 

Другие статьи раздела

Все статьи раздела "Интересные факты о температуре"

Комментарии:

Скан,

Электрочайник - Горячего кокона нет в принципе, а пар при выключении всё равно усиливается!

Добавить комментарий: