Vārīšana ir vielas kopējā stāvokļa maiņas process. Kad mēs runājam par ūdeni, mēs domājam pāreju no šķidruma uz tvaiku. Ir svarīgi atzīmēt, ka vārīšana nav iztvaikošana, kas var notikt pat istabas temperatūrā. Tāpat nevajag jaukt ar vārīšanu, kas ir ūdens uzsildīšanas process līdz noteiktai temperatūrai. Tagad, kad esam izpratuši jēdzienus, varam noteikt, kādā temperatūrā ūdens vārās.
Apstrādāt
Agregācijas stāvokļa pārveidošanas process no šķidruma uz gāzveida ir sarežģīts. Un, lai gan cilvēki to neredz, ir 4 posmi:
- Pirmajā posmā uzkarsētā trauka apakšā veidojas mazi burbuļi. Tos var redzēt arī ūdens malās vai virspusē. Tie veidojas gaisa burbuļu izplešanās dēļ,kas vienmēr atrodas trauka spraugās, kur tiek uzkarsēts ūdens.
- Otrajā posmā burbuļu apjoms palielinās. Visi no tiem sāk izkļūt uz virsmas, jo to iekšpusē ir piesātināts tvaiks, kas ir vieglāks par ūdeni. Paaugstinoties sildīšanas temperatūrai, burbuļu spiediens palielinās, un labi zināmā Arhimēda spēka ietekmē tie tiek izspiesti uz virsmu. Raksturīgo burbuļojošo skaņu var dzirdēt, kad burbuļi nepārtraukti izplešas un saraujas.
- Trešajā posmā uz virsmas var redzēt lielu skaitu burbuļu. Tas sākotnēji rada duļķainību ūdenī. Šo procesu tautā sauc par "b altās atslēgas vārīšanu", un tas ilgst īsu laiku.
- Ceturtajā posmā ūdens intensīvi vārās, uz virsmas parādās lieli plīstoši burbuļi, iespējama izšļakstīšanās. Visbiežāk šļakatas nozīmē, ka šķidrums ir sasniedzis maksimālo temperatūru. No ūdens sāks tecēt tvaiks.
Ir zināms, ka ūdens vārās 100 grādu temperatūrā, kas ir iespējams tikai ceturtajā stadijā.
Tvaika temperatūra
Tvaiks ir viens no ūdens stāvokļiem. Kad tas nonāk gaisā, tas, tāpat kā citas gāzes, uz to izdara noteiktu spiedienu. Iztvaikošanas laikā tvaika un ūdens temperatūra paliek nemainīga, līdz viss šķidrums maina savu agregācijas stāvokli. Šo parādību var izskaidrot ar to, ka vārot visa enerģija tiek tērēta ūdens pārvēršanai tvaikā.
Pašā vārīšanās sākumā mitrspiesātināts tvaiks, kas pēc visa šķidruma iztvaikošanas kļūst sauss. Ja tā temperatūra sāk pārsniegt ūdens temperatūru, tad šāds tvaiks tiek pārkarsēts, un pēc īpašībām tas būs tuvāks gāzei.
Vārošs sālsūdens
Interesanti zināt, kādā temperatūrā vārās ūdens ar augstu sāls saturu. Zināms, ka tam vajadzētu būt lielākam, jo sastāvā ir Na+ un Cl- joni, kas aizņem laukumu starp ūdens molekulām. Šis ūdens ķīmiskais sastāvs ar sāli atšķiras no parastā svaigā šķidruma.
Fakts ir tāds, ka sālsūdenī notiek hidratācijas reakcija - ūdens molekulu piesaistes process sāls joniem. Saite starp saldūdens molekulām ir vājāka nekā tām, kas veidojas hidratācijas laikā, tāpēc šķidruma vārīšana ar izšķīdušo sāli prasīs ilgāku laiku. Paaugstinoties temperatūrai, sāli saturošās molekulas ūdenī pārvietojas ātrāk, taču to ir mazāk, tāpēc sadursmes starp tām notiek retāk. Rezultātā tiek ražots mazāk tvaika, un tā spiediens ir zemāks nekā saldūdens tvaika spiediena līmenis. Tāpēc pilnīgai iztvaikošanai ir nepieciešams vairāk enerģijas (temperatūras). Vidēji, lai uzvārītu vienu litru ūdens, kas satur 60 gramus sāls, ūdens viršanas temperatūra jāpaaugstina par 10% (tas ir, par 10 C).
Vārīšanās atkarības no spiediena
Ir zināms, ka kalnos neatkarīgi no ūdens ķīmiskā sastāva viršanas temperatūra būs zemāka. Tas ir saistīts ar faktu, ka atmosfēras spiediens augstumāzemāk. Par normālu spiedienu tiek uzskatīts 101,325 kPa. Ar to ūdens viršanas temperatūra ir 100 grādi pēc Celsija. Bet, ja jūs uzkāpjat kalnā, kur spiediens ir vidēji 40 kPa, tad ūdens tur vārīsies 75,88 C. Bet tas nenozīmē, ka gatavošana kalnos prasīs gandrīz pusi laika. Produktu termiskai apstrādei ir nepieciešama noteikta temperatūra.
Tiek uzskatīts, ka 500 metru augstumā virs jūras līmeņa ūdens vārīsies 98,3 C temperatūrā, bet 3000 metru augstumā viršanas temperatūra būs 90 C.
Ņemiet vērā, ka šis likums darbojas arī pretējā virzienā. Ja šķidrumu ievieto slēgtā kolbā, caur kuru nevar iziet tvaiki, tad, paaugstinoties temperatūrai un veidojoties tvaikiem, spiediens šajā kolbā palielināsies, un viršana paaugstinātā spiedienā notiks augstākā temperatūrā. Piemēram, pie spiediena 490,3 kPa ūdens viršanas temperatūra būs 151 C.
Verdošs destilēts ūdens
Destilēts ūdens ir attīrīts ūdens bez jebkādiem piemaisījumiem. To bieži izmanto medicīniskiem vai tehniskiem nolūkiem. Ņemot vērā, ka šādā ūdenī nav piemaisījumu, to neizmanto ēdiena gatavošanai. Interesanti atzīmēt, ka destilēts ūdens vārās ātrāk nekā parasts saldūdens, bet viršanas temperatūra paliek nemainīga – 100 grādi. Tomēr vārīšanās laika atšķirība būs minimāla - tikai sekundes daļa.
Tējkannā
Bieži cilvēki brīnāskādā temperatūrā ūdens vārās tējkannā, jo tieši šīs ierīces izmanto šķidruma vārīšanai. Ņemot vērā to, ka atmosfēras spiediens dzīvoklī ir vienāds ar standarta, un izmantotais ūdens nesatur sāļus un citus piemaisījumus, kam nevajadzētu būt, tad arī viršanas temperatūra būs standarta - 100 grādi. Bet, ja ūdens satur sāli, tad viršanas temperatūra, kā mēs jau zinām, būs augstāka.
Secinājums
Tagad jūs zināt, kādā temperatūrā ūdens vārās un kā atmosfēras spiediens un šķidruma sastāvs ietekmē šo procesu. Tajā nav nekā sarežģīta, un bērni šādu informāciju saņem skolā. Galvenais, kas jāatceras, ir tas, ka, samazinoties spiedienam, samazinās arī šķidruma viršanas temperatūra, un, pieaugot, tā arī palielinās.
Internetā var atrast daudz dažādu tabulu, kas norāda šķidruma viršanas temperatūras atkarību no atmosfēras spiediena. Tie ir pieejami ikvienam, un tos aktīvi izmanto skolēni, studenti un pat pasniedzēji institūtos.
