Что на самом деле означает определение кипения?

Представьте себе стакан воды внутри коробки, которая полностью вакуумирована. В ящике вообще нет газа, только жидкая вода и пустой вакуум. Время от времени H$_2$Молекула O у поверхности воды получает случайный толчок от своих соседей, которого достаточно, чтобы освободить ее от жидкой фазы и вытолкнуть наружу, в вакуум. Благодаря этому механизму жидкая вода испаряется и становится водяным паром.

Первоначально паров практически нет, поэтому обратная реакция ( H$_2$Молекула O в паровой фазе конденсируется обратно в жидкую фазу) встречается редко. Чем больше молекул входит в паровую фазу, тем выше скорость реконденсации, пока в конечном итоге скорость конденсации не сравняется со скоростью испарения. В этот момент жидкость находится в равновесии с паром, и давление газообразного H$_2$O называется давлением паров H$_2$O. Обратите внимание, что давление пара зависит от температуры; если стакан воды горячее, скорость, с которой H$_2$Молекулы O выбрасываются в паровую фазу, а это означает, что соответствующее давление паров, необходимое для равновесия, также будет расти.

Если бы коробку сначала не вакуумировать, а заполнить атмосферой, скажем, чистого газообразного гелия, то происходил бы точно такой же процесс. Следовательно, давление пара относится конкретно к парциальному давлению H$_2$O, который будет находиться в равновесии над своей жидкой фазой и не связан с давлением других газов.

Теперь рассмотрим кастрюлю с водой на вашей плите. Ради аргумента предположим, что ваша кухня полностью изолирована от внешней среды, за исключением поршня, который подвергается воздействию атмосферы; цель этой сложной установки — убедиться, что на вашей кухне остается ровно одна атмосфера, но газ не может входить или выходить. Предположим также на данный момент, что газы на кухне совершенно смешаны.

По мере повышения температуры воды увеличивается скорость испарения – в результате увеличивается и давление пара. Доля H$_2$Пар в вашей кухне увеличивается, и поршень медленно выталкивается наружу, так что система всегда находится в равновесии. В 99$^\circ$C, газ на вашей кухне почти полностью состоит из водяного пара, но равновесие сохраняется.

Но затем вы пересекаете 100$^\circ$C, а давление пара превышает$1$банкомат Теперь происходит неконтролируемое испарение, поскольку парциальное давление воды на вашей кухне никогда не может соответствовать давлению пара (которое является давлением, необходимым для поддержания равновесия испарения/конденсации). Это кипение.

Сейчас эта ситуация явно искусственная. В реальной жизни ваша кухня не герметична, а газы в комнате не идеально смешаны. Область непосредственно над поверхностью воды имеет очень высокую концентрацию H$_2$O пар, и именно в этой области поддерживается равновесие испарения/конденсации - до достижения точки кипения, т.е.

Приведенное вами определение относится к открытым сосудам, т.е. существует поверхность жидкости. На Земле из-за гравитации это плоская поверхность, и жидкость содержится в сосуде.

Мой вопрос заключается в том, что именно мы называем «давлением, окружающим жидкость» по отношению к закрытому сосуду. Означает ли это давление непосредственно над поверхностью жидкости или давление над крышкой.

Крышки не входят в определение, а повышение давления при закрытой крышке объясняет более быстрое закипание и то, как работают скороварки . Здесь много схем .

Приготовление под давлением — это процесс приготовления пищи под высоким давлением пара с использованием воды или жидкости для приготовления пищи на водной основе в герметичном сосуде, известном как скороварка. Высокое давление ограничивает кипение и позволяет достичь температуры приготовления намного выше 100 ° C (212 ° F).

Кипение – это фазовый переход, при котором жидкость превращается в газ. Это зависит от температуры и давления. Если она не герметична, как в скороварке, нагретая вода открыта для атмосферного давления, где давление пара будет равно давлению воздуха. На уровне моря давление воздуха составляет около 14,7 фунтов на квадратный дюйм, где вода начинает кипеть при 100 градусах Цельсия. На больших высотах, где давление воздуха становится меньше, температура кипения воды становится меньше.