Во многом потому, что при нормальных условиях вода не нагревается выше температуры кипения — в этот момент она, как вы знаете, становится паром. Вы можете добавить тепла и выкипятить его быстрее , но вода может только нагреться. Когда вы уберете источник тепла, вода быстро упадет ниже этого порога. Ты прямо на острие температуры.

Потому что вода, а значит, и сталь, не горячее 100 °C.

При нормальном давлении (1 атмосфера) вода кипит при 100°С. Вода не может стать горячее, потому что тогда она превращается в пар. Кипяток циркулирует очень эффективно. Как только образуется паровой пузырь, он поднимается вверх, замещаясь жидкой водой.

Это делает практически невозможным нагревание стали, находящейся в контакте с водой, выше 100 градусов. Даже если сталь под ней горячее, чем та, на границе между сталью и водой температура будет очень близка к 100 градусам.

Таким образом, поскольку температура воды никогда не превышает 100 °C, и поскольку вода очень эффективно поглощает тепло из стали, а также поскольку сталь является хорошим проводником тепла, это в совокупности означает, что все стальное дно кастрюли никогда не становится намного горячее, чем 100°С. Вода заставляет сталь никогда не нагреваться выше 100 °C.

Примечание 1. Вот почему водяное охлаждение работает так хорошо, потому что, пока вода жидкая, максимальная температура охлаждаемой воды близка к 100 °C.

Примечание 2: вот почему вы можете кипятить воду в бумажном или пластиковом стакане на открытом огне ; вода заставит бумагу/пластик не нагреваться настолько, чтобы обуглиться/плавиться.

Это означает, что как только вы удаляете источник тепла (горящий газ в вашем случае) из стали, тепловое воздействие, которое производит вода, очень быстро снижает температуру стали до уровня ниже 100 °C.

Основная причина в том, что для кипячения требуется довольно большое количество энергии. ^1,2 Сколько минут требуется, чтобы довести, скажем, кварту или литр воды до кипения (5 минут?), по сравнению с ее фактическим испарением путем кипячения (30 минут?). Это соотношение является хорошей оценкой энергии, необходимой для испарения воды. Энергия для испарения берется из тепла окружающей среды, которое часто используется, когда требуется охлаждение в технических и повседневных приложениях.

Итак, порядок событий таков:

• Постоянный приток тепла от пламени поддерживает кипение воды.

• Приток тепла прекращается, потому что вы выключаете плиту.

• На короткое время в сосуде становится достаточно тепла, чтобы вскипятить еще немного воды, которая охлаждает и саму воду, и сосуд.

• Из-за энергии, затрачиваемой на испарение, температура воды падает ниже точки кипения, и вода перестает кипеть. Это происходит быстро, потому что тепловая энергия, накопленная в воде и сосуде, мала по сравнению с энергией, необходимой для испарения воды.

Можно было бы, пожалуй, добавить, что вода может очень быстро испаряться и в основном использует доступную энергию «немедленно». Физика весьма интересна, потому что ограничивающим фактором является скорость переноса энергии в воду . Теплопередача от твердой поверхности (читай: металлического горшка) к жидкой воде очень хорошая, отчасти из-за конвекции воды. Но когда он начинает кипеть, пар встает на пути, который сравнительно плохо проводит тепло, что приводит к забавному эффекту, что существует оптимальная температура для поверхности нагрева, выше которой нагрев фактически замедляется до тех пор, пока не вступает в действие передача энергии излучением.

Я подозреваю, что небольшое количество воды можно испарить «мгновенно», облучая ее интенсивными микроволнами, которые переносят энергию туда, где она нужна, обходя, так сказать, все проблемы с переносом тепла.

¹ Испарение — это фазовый переход из жидкой фазы («воды») в газообразную фазу («пар» или «пар», но будьте осторожны с бытовыми словами — водяной пар невидим!). Большинство фазовых переходов связаны с большими потоками энергии . Вот почему лед является отличным хладагентом при 0 C (например, в холодильнике). Дело не только в температуре теплоносителя, дело в энергии, необходимой для скорого фазового перехода.

² Эта энергия называется «(скрытой) теплотой испарения» или энтальпией . Для воды это около 2,2 килоджоуля на грамм, если верить википедии, что составляет 2,2 мегаджоуля на литр, или 2,2 мегаватт-секунды (вы не любите метрические единицы?). Для ватт - часов вместо -секунд мы делим на 3600 секунд в часе ³ , чтобы получить 611 ватт-часов, что довольно хорошо соответствует моему предположению о 30 минутах с плитой мощностью 1 кВт :-).

³ Жаль, что в часах нет 100 минут, а в минуте нет 100 секунд!

Потому что при комнатной температуре и давлении температура воды никогда не превышает 100°С. Когда вы увеличиваете температуру, больше энергии уходит на испарение в пар, что добавляет скрытую теплоту испарения. Тело жидкости остается той же температуры, только достаточно горячей, чтобы закипеть.

В сковороде есть скрытое тепло, она еще горячая. Но именно потому, что это хороший проводник, он очень быстро рассеивается. При сильном кипении будет очень небольшая задержка, особенно в кастрюле с толстым дном. Хотя может быть трудно наблюдать.

Да, плакаты, указывающие на огромную энергию «скрытой теплоты парообразования», находятся на правильном пути.

Точнее, у вас есть пул молекул воды, связанных друг с другом водородными связями. Кроме того, у вас есть «кожа» для воды, где молекулы только «приклеены» к другим молекулам H2O в цепочках под ними (поверхностное натяжение).

Наконец, при кипячении вы должны разорвать все эти связи и запустить в космос единственную молекулу в виде пара.

Чтобы еще больше ответить на ваш вопрос, скорость свертывания этого процесса может быть связана с образованием паровых карманов возле поверхности нагрева на плите. Невидимые волны давления активированной воды передают тепло на поверхность, чтобы уйти. Не забывайте, что вода имеет большую структуру; это объясняет его высокую температуру кипения. Поэтому, когда вы выключаете нагрев, квазимеханический «толчок» снизу исчезает, молекулы воды соединяются в более длинные цепочки, и вся структура «отщелкивается» обратно в обычную жидкость. Другой фактор, действующий здесь, в более макроскопическом масштабе, заключается в том, что пузырьки пара внизу у поверхности нагрева должны «выталкивать» воду с пути, чтобы достичь поверхности. Как только вы снимаете тепло, они разрушаются, еще больше высасывая энергию из системы.

Это на самом деле тонкий вопрос и интересный.

При давлении в 1 атмосферу максимальная температура жидкой воды составляет 100 °С. При добавлении тепла вода просто испаряется и остается при 100 °C.

J — это Джоуль, который представляет собой тепло.

Для повышения температуры воды на 1 °C требуется 4,187 кДж/кг.

Для испарения требуется 2030 кДж/кг. Для испарения воды требуется больше тепла, чем для нагревания ее от 0°C до 100°C.

При 100 ° C, если вы добавите больше тепла, он просто испарится (закипит) быстрее.

Когда вы убираете источник тепла, вода сразу перестает кипеть.

Будет очень небольшое количество тепла, которое еще не перешло от кастрюли к воде, но это будет почти мгновенно (доля секунды).