Siedepunkt unter normalen Bedingungen. Sieden ist ein Prozess intensiver Verdampfung, der in einer Flüssigkeit stattfindet

WÄRMEÜBERTRAGUNG BEIM SIEDEN UND KONDENSIEREN

WÄRMEÜBERTRAGUNG WÄHREND DES KODENS

Sieden ist der Prozess der intensiven Verdampfung, die im gesamten Volumen einer Flüssigkeit, die sich auf Sättigungstemperatur befindet oder gegenüber der Sättigungstemperatur leicht überhitzt ist, unter Bildung von Dampfblasen auftritt. Beim Phasenumwandlungsprozess wird die Verdampfungswärme absorbiert. Der Siedeprozess beinhaltet normalerweise die Zugabe von Wärme zu einer kochenden Flüssigkeit.

Flüssigkeitskochmodi.

Man unterscheidet zwischen dem Sieden von Flüssigkeiten auf einer festen Wärmeaustauschfläche, der von außen Wärme zugeführt wird, und dem Sieden in der Flüssigkeitsmasse.

Beim Sieden auf einer festen Oberfläche wird an bestimmten Stellen dieser Oberfläche die Bildung einer Dampfphase beobachtet. Beim Volumensieden entsteht die Dampfphase spontan direkt im Flüssigkeitsvolumen in Form einzelner Dampfblasen. Volumensieden kann nur auftreten, wenn die flüssige Phase im Vergleich zur Sättigungstemperatur bei einem gegebenen Druck stärker überhitzt wird als das Sieden auf einer festen Oberfläche. Eine erhebliche Überhitzung kann beispielsweise auftreten, wenn der Druck im System schnell abgebaut wird. Wenn in der Flüssigkeit interne Wärmequellen vorhanden sind, kann es zum Volumensieden kommen.

In der modernen Energie- und Technik kommt es häufig zu Siedevorgängen an festen Heizflächen (Rohroberflächen, Kanalwände etc.). Auf diese Art des Siedens wird im Folgenden hauptsächlich eingegangen.

Der Mechanismus der Wärmeübertragung beim Blasensieden unterscheidet sich vom Mechanismus der Wärmeübertragung bei der Konvektion einer einphasigen Flüssigkeit durch die zusätzliche Übertragung von Stoffmasse und Wärme durch Dampfblasen von der Grenzschicht in das Volumen der siedenden Flüssigkeit. Dies führt zu einer hohen Intensität der Wärmeübertragung beim Sieden im Vergleich zur Konvektion einer einphasigen Flüssigkeit.

Damit der Siedevorgang stattfinden kann, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein: das Vorliegen einer Überhitzung der Flüssigkeit im Verhältnis zur Sättigungstemperatur und das Vorhandensein von Verdampfungszentren.

Direkt an der beheizten Wärmeaustauschfläche hat die Überhitzung der Flüssigkeit ihren Maximalwert. Darauf befinden sich Dampfbildungszentren in Form von Wandunregelmäßigkeiten, Luftblasen, Staubpartikeln etc. Daher erfolgt die Bildung von Dampfblasen direkt auf der Wärmeaustauschfläche.

Abbildung 3.1 – Flüssigkeitssiedemodi in unbegrenztem Volumen: a) sprudelnd; b) – vorübergehend; c) - Film

In Abb. 3.1. zeigt schematisch die Siedezustände einer Flüssigkeit in einem unbegrenzten Volumen. Bei Blasenmodus Sieden (Abb. 3.1, a), wenn die Temperatur der Heizfläche steigt t c und dementsprechend nimmt die Zahl der aktiven Verdampfungszentren zu und der Siedeprozess wird immer intensiver. Dampfblasen lösen sich in regelmäßigen Abständen von der Oberfläche und wachsen an der freien Oberfläche weiter, wobei ihr Volumen weiter zunimmt.

Mit zunehmendem Temperaturdruck Δ T der Wärmefluss, der von der Heizfläche an die siedende Flüssigkeit abgeführt wird, nimmt deutlich zu. Die gesamte Wärme wird letztendlich zur Dampferzeugung genutzt. Daher hat die Wärmebilanzgleichung für das Sieden die Form:

Wo Q- Wärmestrom, W; R- Phasenübergangswärme der Flüssigkeit, J/kg; G p- die Dampfmenge, die pro Zeiteinheit durch das Sieden der Flüssigkeit erzeugt und von ihrer freien Oberfläche entfernt wird, kg/s.

Wärmefluss Q mit zunehmender Temperaturdifferenz Δ T wächst nicht unbegrenzt. Bei einem bestimmten Wert Δ T es erreicht seinen Maximalwert (Abb. 3.2), und zwar mit einem weiteren Anstieg von Δ T beginnt abzunehmen.

Abbildung 3.2 – Abhängigkeit der Wärmestromdichte Q

aus der Temperaturdifferenz Δ T beim Kochen von Wasser in einer großen Menge bei atmosphärischem Druck: 1- Erhitzen auf Sättigungstemperatur; 2 – Blasenmodus; 3 – Übergangsmodus; 4 – Filmmodus.

Geben Sie die Bereiche 1, 2, 3 und 4 an

Im Abschnitt 2 (Abb. 3.2) findet der Blasensiedemodus statt, bis an der Stelle die maximale Wärmeabfuhr erreicht ist Q kr1, genannt erste kritische Wärmestromdichte. Für Wasser bei Atmosphärendruck beträgt die erste kritische Wärmestromdichte ≈ W/m2; der entsprechende kritische Wert der Temperaturdifferenz W/m 2. (Diese Werte gelten für kochendes Wasser mit freier Bewegung in einem großen Volumen. Für andere Bedingungen und andere Flüssigkeiten gelten andere Werte.)

Bei größerem Δ T kommt Übergangsregime kochend (Abb. 3.1, B). Es zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl auf der Heizfläche selbst als auch in deren Nähe kontinuierlich Blasen miteinander verschmelzen und große Dampfhohlräume entstehen. Aus diesem Grund wird der Zugang der Flüssigkeit zur Oberfläche selbst immer schwieriger. An bestimmten Stellen der Oberfläche treten „trockene“ Flecken auf; ihre Anzahl und Größe nehmen mit zunehmender Oberflächentemperatur kontinuierlich zu. Solche Bereiche sind gewissermaßen vom Wärmeaustausch ausgeschlossen, da die Wärmeabfuhr direkt an den Dampf deutlich weniger intensiv erfolgt. Dies bestimmt den starken Abfall des Wärmeflusses (Abschnitt 3 in Abb. 3.2) und des Wärmeübergangskoeffizienten im Bereich des Übergangssiederegimes.

Ab einem bestimmten Temperaturabfall wird schließlich die gesamte Heizfläche mit einem kontinuierlichen Dampffilm bedeckt, der die Flüssigkeit von der Oberfläche wegdrückt. Von nun an findet es statt Filmmodus kochend (Abb. 3.1, V). In diesem Fall erfolgt die Wärmeübertragung von der Heizfläche auf die Flüssigkeit durch konvektiven Wärmeaustausch und Strahlung durch den Dampffilm. Die Intensität der Wärmeübertragung im Filmsiedemodus ist recht gering (Abschnitt 4 in Abb. 3.2). Der Dampffilm erfährt Pulsationen; Der darin periodisch angesammelte Dampf bricht in Form großer Blasen ab. Im Moment des Filmsiedens ist die von der Oberfläche abgetragene Wärmelast und dementsprechend die erzeugte Dampfmenge minimal. Dies entspricht Abb. 3,2 Punkte Q kr2, genannt die zweite kritische Wärmestromdichte. Bei atmosphärischem Wasserdruck ist der Zeitpunkt des Beginns des Filmsiedens durch eine Temperaturdifferenz von ≈150 °C, also die Oberflächentemperatur, gekennzeichnet t c beträgt ca. 250°C. Mit zunehmender Temperaturdifferenz wird immer mehr Wärme durch Wärmeaustausch durch Strahlung übertragen.

Alle drei Siedemodi können in umgekehrter Reihenfolge beobachtet werden, wenn beispielsweise ein rotglühendes massives Metallprodukt zum Abschrecken in Wasser getaucht wird. Wasser kocht, zunächst erfolgt die Abkühlung des Körpers relativ langsam (Filmsieden), dann nimmt die Abkühlgeschwindigkeit schnell zu (Übergangsmodus), das Wasser beginnt die Oberfläche periodisch zu benetzen und die höchste Abnahmegeschwindigkeit der Oberflächentemperatur wird erreicht die letzte Stufe der Abkühlung (Blasensieden). In diesem Beispiel erfolgt das Sieden unter instationären Bedingungen im Laufe der Zeit.

In Abb. Abbildung 3.3 zeigt eine Visualisierung der Blasen- und Filmsiedemodi an einem elektrisch beheizten Draht in Wasser.

Reis. 3.3 Visualisierung der Blasen- und Filmsiedemodi an einem elektrisch beheizten Draht: a) - Blasen- und b) Filmsiedemodus.

In der Praxis kommt es auch häufig vor, dass der Oberfläche ein fester Wärmestrom zugeführt wird, d. h. Q= konst. Dies ist beispielsweise typisch für thermische Elektroheizungen, Brennelemente von Kernreaktoren und etwa bei der Strahlungserwärmung einer Oberfläche aus Quellen mit sehr hoher Temperatur. Unter Bedingungen Q= konstante Oberflächentemperatur t c und dementsprechend die Temperaturdifferenz Δ T hängen vom Siedemodus der Flüssigkeit ab. Es stellt sich heraus, dass das Übergangsregime unter solchen Bedingungen der Wärmeversorgung nicht stationär existieren kann. Dadurch erhält der Siedevorgang eine Reihe wichtiger Merkmale. Mit einem allmählichen Anstieg der thermischen Belastung Q Temperaturdifferenz Δ T steigt entsprechend der Linie des Blasensiederegimes in Abb. 3.2, und der Prozess verläuft auf die gleiche Weise wie oben beschrieben. Neue Verhältnisse entstehen, wenn die zugeführte Wärmestromdichte einen Wert erreicht, der der ersten kritischen Wärmestromdichte entspricht Q cr1. Nun, bei jeder geringfügigen (sogar versehentlichen) Erhöhung des Wertes Q Es besteht ein Überschuss zwischen der der Oberfläche zugeführten Wärmemenge und der maximalen Wärmebelastung Q kr1, das in eine siedende Flüssigkeit entnommen werden kann. Dieser Überschuss ( Q-Q cr1) führt zu einem Anstieg der Oberflächentemperatur, d. h. es beginnt eine instationäre Erwärmung des Wandmaterials. Die Entwicklung des Prozesses erhält Krisencharakter. Im Bruchteil einer Sekunde steigt die Temperatur des Heizflächenmaterials um Hunderte von Grad, und nur wenn die Wand ausreichend feuerfest ist, endet die Krise glücklich in einem neuen stationären Zustand, der dem Filmsiedebereich an einer sehr hohen Oberfläche entspricht Temperatur. In Abb. 3.2 Dieser Krisenübergang vom Blasensiedemodus zum Filmsiedemodus wird herkömmlicherweise durch den Pfeil als „Sprung“ von der Blasensiedekurve zur Filmsiedelinie bei gleicher thermischer Belastung dargestellt Q cr1. Damit einher geht jedoch meist ein Schmelzen und eine Zerstörung der Heizfläche (Burnout).

Das zweite Merkmal besteht darin, dass, wenn eine Krise auftritt und sich ein Filmsiederegime einstellt (die Oberfläche wird nicht zerstört), bei einer Abnahme der thermischen Belastung das Filmsieden aufrechterhalten wird, d. h. entlang des Films findet nun der umgekehrte Prozess statt Siedelinie (Abb. 3.2). Erst beim Erreichen Q kr2-Flüssigkeit beginnt an einzelnen Stellen wieder periodisch die Heizfläche zu erreichen (zu benetzen). Die Wärmeabfuhr nimmt zu und übersteigt die Wärmezufuhr, was zu einer schnellen Abkühlung der Oberfläche führt, die ebenfalls krisenhaften Charakter hat. Es kommt zu einem schnellen Regimewechsel und es kommt zu einem stationären Blasensieden. Dieser umgekehrte Übergang (zweite Krise) in Abb. 3.2 wird auch konventionell durch einen Pfeil als „Sprung“ von der Filmsiedekurve zur Blasensiedelinie bei dargestellt Q = Q cr2.

Also unter Bedingungen eines festen Wertes der Wärmestromdichte Q, der Heizfläche zugeführt, sind beide Übergänge von Blase zu Film und umgekehrt krisenhafter Natur. Sie treten bei kritischen Wärmestromdichten auf Q kr1 und Q kr2 bzw. Unter diesen Bedingungen kann das Übergangssiederegime nicht stabil existieren; es ist instabil.

In der Praxis werden häufig Methoden zur Wärmeabfuhr beim Sieden von Flüssigkeiten verwendet, die sich in Rohren oder Kanälen unterschiedlicher Form bewegen. Somit werden Dampferzeugungsprozesse durch das Sieden des Wassers durchgeführt, das sich in den Kesselrohren bewegt. Durch Strahlung und konvektiven Wärmeaustausch wird der Oberfläche der Rohre Wärme aus den heißen Verbrennungsprodukten des Kraftstoffs zugeführt.

Für den Siedevorgang einer Flüssigkeit, die sich in einem begrenzten Volumen eines Rohrs (Kanals) bewegt, bleiben die oben beschriebenen Bedingungen bestehen, gleichzeitig treten jedoch eine Reihe neuer Merkmale auf.

Vertikales Rohr. Ein Rohr oder Kanal ist ein begrenztes System, in dem es bei der Bewegung einer siedenden Flüssigkeit zu einer kontinuierlichen Zunahme der Dampfphase und einer Abnahme der flüssigen Phase kommt. Dementsprechend ändert sich die hydrodynamische Struktur der Strömung sowohl entlang der Länge als auch des Querschnitts des Rohrs. Auch der Wärmeübergang ändert sich entsprechend.

Es gibt drei Hauptbereiche mit unterschiedlichen Strukturen der Flüssigkeitsströmung entlang der Länge des vertikalen Rohrs, wenn sich die Strömung von unten nach oben bewegt (Abb. 3.4): ICH– Heizbereich (Economizer-Abschnitt, bis zum Rohrabschnitt, wo T s = T n); II– Siedebereich (Verdampfungsabschnitt, von dem Abschnitt, in dem T s = T n, ich<ich n, zu dem Abschnitt, wo T s = T n, ich cm→ich N); III– Bereich, in dem nasser Dampf trocknet.

Der Verdampfungsabschnitt umfasst Bereiche mit Oberflächensieden der gesättigten Flüssigkeit.

In Abb. In Abb. 3.4 zeigt schematisch den Aufbau einer solchen Strömung. Abschnitt 1 entspricht dem Erhitzen einer einphasigen Flüssigkeit auf die Sättigungstemperatur (Economizer-Abschnitt). In Abschnitt 2 kommt es zum Oberflächen-Bläschensieden, bei dem die Wärmeübertragung im Vergleich zu Abschnitt 2 zunimmt. In Abschnitt 3 kommt es zu einem Emulsionsregime, bei dem eine Zweiphasenströmung aus einer Flüssigkeit und darin gleichmäßig verteilten relativ kleinen Blasen besteht, die anschließend verschmelzen zu großen Blasen – Pfropfen entsprechend dem Rohrdurchmesser. Im Pfropfenmodus (Abschnitt 4) bewegt sich Dampf in Form einzelner großer Pfropfenblasen, die durch Schichten einer Dampf-Flüssigkeits-Emulsion getrennt sind. Darüber hinaus bewegt sich in Abschnitt 5 Nassdampf als kontinuierliche Masse im Strömungskern und eine dünne ringförmige Flüssigkeitsschicht bewegt sich an der Rohrwand. Die Dicke dieser Flüssigkeitsschicht nimmt allmählich ab. Dieser Abschnitt entspricht dem ringförmigen Siederegime, das endet, wenn die Flüssigkeit von der Wand verschwindet. In Abschnitt 6 wird der Dampf getrocknet (wodurch der Trockenheitsgrad des Dampfes erhöht wird). Da der Siedevorgang abgeschlossen ist, nimmt die Wärmeübertragung ab. Anschließend erhöht sich aufgrund einer Erhöhung des spezifischen Dampfvolumens die Dampfgeschwindigkeit, was zu einer leichten Erhöhung der Wärmeübertragung führt.

Abb. 3.4 – Strömungsstruktur, wenn Flüssigkeit in einem vertikalen Rohr siedet

Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit bei gegebener q mit, Rohrlänge und Einlasstemperatur führen zu einer Verringerung der Bereiche mit entwickeltem Siedepunkt und einer Vergrößerung der Länge des Economizer-Abschnitts; mit Steigerung q mit Bei einer bestimmten Geschwindigkeit hingegen nimmt die Länge der Abschnitte mit entwickeltem Siedepunkt zu und die Länge des Economizer-Abschnitts ab.

Horizontale und geneigte Rohre. Wenn sich eine Zweiphasenströmung in horizontalen oder leicht geneigten Rohren bewegt, kommt es zusätzlich zu Änderungen in der Struktur der Strömung entlang der Länge zu einer erheblichen Änderung der Struktur entlang des Rohrumfangs. Wenn also die Zirkulationsgeschwindigkeit und der Dampfgehalt in der Strömung niedrig sind, wird eine Trennung der Zweiphasenströmung in eine flüssige Phase, die sich im unteren Teil des Rohrs bewegt, und eine Dampfphase, die sich im oberen Teil des Rohrs bewegt, beobachtet (Abb . 3,5, A). Mit einer weiteren Erhöhung des Dampfgehalts und der Zirkulationsgeschwindigkeit erhält die Grenzfläche zwischen Dampf- und Flüssigkeitsphase Wellencharakter und die Flüssigkeit benetzt periodisch den oberen Teil des Rohrs mit Wellenbergen. Bei weiterer Erhöhung des Dampfgehalts und der Geschwindigkeit verstärkt sich die Wellenbewegung an der Grenzfläche, was zu einem teilweisen Ausstoß der Flüssigkeit in den Dampfbereich führt. Dadurch erhält die Zweiphasenströmung einen Strömungscharakter, der zunächst einer Pfropfenströmung und dann einer Ringströmung nahe kommt.

Reis. 3.5 – Strömungsstruktur, wenn Flüssigkeit in einem horizontalen Rohr siedet.

A– geschichtetes Siederegime; B– Stabmodus; 1 - Dampf; 2 - flüssig.

Im Ringmodus wird die Bewegung einer dünnen Flüssigkeitsschicht entlang des gesamten Rohrumfangs erzeugt, und im Kern der Strömung bewegt sich ein Dampf-Flüssigkeits-Gemisch (Abb. 3.5, B). Allerdings wird in diesem Fall keine vollständige Achsensymmetrie in der Strömungsstruktur beobachtet.

Wenn die Intensität der Wärmezufuhr zu den Rohrwänden ausreichend hoch ist, kann der Siedevorgang auch während der Strömung in einem Rohr auftreten, das nicht auf die Sättigungstemperatur der Flüssigkeit erhitzt wird. Dieser Vorgang tritt auf, wenn die Wandtemperatur ansteigt t cübersteigt die Sättigungstemperatur ts. es bedeckt die Grenzschicht der Flüssigkeit direkt an der Wand. Dampfblasen, die in den kalten Kern der Strömung eindringen, kondensieren schnell. Diese Art des Kochens nennt man mit Unterhitze kochen.

Die Wärmeabfuhr im Blasensiedemodus ist eine der fortschrittlichsten Methoden zur Kühlung der Heizfläche. Es findet breite Anwendung in technischen Geräten.

3.1.2. Wärmeübertragung beim Blasensieden.

Beobachtungen zeigen, dass mit zunehmendem Temperaturdruck Δ T = t c-ts, sowie Druck R die Zahl der aktiven Verdampfungszentren auf der Heizfläche nimmt zu. Dadurch entstehen immer mehr Blasen, wachsen und lösen sich von der Heizfläche. Dadurch kommt es zu einer Verwirbelung und Vermischung der wandnahen Flüssigkeitsgrenzschicht. Während ihres Wachstums auf der Heizfläche nehmen Blasen auch intensiv Wärme aus der Grenzschicht auf. All dies trägt zur Verbesserung der Wärmeübertragung bei. Im Allgemeinen ist der Prozess des Blasensiedens recht chaotisch.

Untersuchungen zeigen, dass auf technischen Heizflächen die Anzahl der Verdampfungszentren vom Material, der Struktur und der Mikrorauheit der Oberfläche, dem Vorhandensein von Heterogenität in der Zusammensetzung der Oberfläche und dem an der Oberfläche adsorbierten Gas (Luft) abhängt. Verschiedene Ablagerungen, Oxidschichten sowie sonstige Einschlüsse machen sich spürbar bemerkbar.

Beobachtungen zeigen, dass die Verdampfungszentren unter realen Bedingungen in der Regel einzelne Elemente der Oberflächenrauheit und Mikrorauheit (vorzugsweise verschiedene Vertiefungen und Vertiefungen) sind.

Typischerweise ist die Anzahl der Verdampfungszentren auf neuen Oberflächen nach längerem Kochen höher als auf denselben Oberflächen. Dies ist hauptsächlich auf das Vorhandensein von an der Oberfläche adsorbiertem Gas zurückzuführen. Mit der Zeit wird das Gas nach und nach entfernt, es vermischt sich mit dem Dampf in den wachsenden Blasen und wird in den Dampfraum getragen. Der Siedevorgang und die Wärmeübertragung werden in Zeit und Intensität stabilisiert.

Die Bedingungen für die Bildung von Dampfblasen werden stark von der Oberflächenspannung an der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Dampf beeinflusst.

Aufgrund der Oberflächenspannung steigt der Dampfdruck innerhalb der Blase R n höher als der Druck der umgebenden Flüssigkeit R Und. Ihr Unterschied wird durch die Laplace-Gleichung bestimmt

wobei σ die Oberflächenspannung ist; R- Radius der Blase.

Die Laplace-Gleichung drückt den Zustand des mechanischen Gleichgewichts aus. Es zeigt, dass die Oberflächenspannung wie eine elastische Hülle den Dampf in einer Blase „komprimiert“ und je kleiner ihr Radius ist, desto stärker ist sie. R.

Die Abhängigkeit des Dampfdrucks in einer Blase von ihrer Größe bringt Besonderheiten für den Zustand des thermischen oder thermodynamischen Gleichgewichts kleiner Blasen mit sich. Der Dampf in der Blase und die Flüssigkeit an ihrer Oberfläche stehen im Gleichgewicht, wenn die Oberfläche der Flüssigkeit eine Temperatur hat, die der Sättigungstemperatur beim Dampfdruck in der Blase entspricht. T S ( R P). Diese Temperatur ist höher als die Sättigungstemperatur bei Außendruck in der Flüssigkeit T S ( R Und). Um ein thermisches Gleichgewicht zu erreichen, muss daher die Flüssigkeit um die Blase herum um einen bestimmten Betrag überhitzt werden T S ( R P)- T S ( R Und).

Das nächste Merkmal ist, dass sich dieses Gleichgewicht herausstellt instabil. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit den Gleichgewichtswert leicht überschreitet, verdampft ein Teil der Flüssigkeit in den Blasen und ihr Radius vergrößert sich. In diesem Fall nimmt gemäß der Laplace-Gleichung der Dampfdruck in der Blase ab. Dies wird zu einer erneuten Abweichung vom Gleichgewichtszustand führen. Die Blase wird beginnen, grenzenlos zu wachsen. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit leicht sinkt, kondensiert außerdem ein Teil des Dampfes, die Größe der Blase nimmt ab und der Dampfdruck darin steigt. Dies wird eine weitere Abweichung von den Gleichgewichtsbedingungen nach sich ziehen, nun in die andere Richtung. Dadurch kondensiert die Blase vollständig und verschwindet.

Folglich können in einer überhitzten Flüssigkeit nicht zufällig gebildete kleine Bläschen weiter wachsen, sondern nur solche, deren Radius den Wert überschreitet, der den oben diskutierten Bedingungen des instabilen mechanischen und thermischen Gleichgewichts entspricht. Das Mindestwert

Wenn die Ableitung eine physikalische Eigenschaft einer bestimmten Substanz ist, wird sie durch die Clapeyron-Clausis-Gleichung bestimmt

d. h. sie wird durch andere physikalische Konstanten ausgedrückt: die Wärme des Phasenübergangs R, Wasserdampfdichte ρ p und Flüssigkeiten ρ und absolute Sättigungstemperatur T s.

Gleichung (3-2) zeigt, dass wenn an einzelnen Punkten der Heizfläche Dampfkeime auftreten, dann nur solche, deren Krümmungsradius den Wert überschreitet Rmin. Da mit zunehmendem Δ T Größe Rmin abnimmt, erklärt Gleichung (3-2).

experimentell beobachtete Tatsache einer Zunahme der Anzahl von Verdampfungszentren mit zunehmender Oberflächentemperatur.

Eine Zunahme der Anzahl der Verdampfungszentren mit steigendem Druck geht auch mit einer Abnahme einher Rmin, denn mit zunehmendem Druck steigt der Wert p′ s wächst und σ nimmt ab. Berechnungen zeigen, dass für Wasser, das bei Atmosphärendruck siedet, bei Δ T= 5°C Rmin= 6,7 µm und bei Δ T= 25°C Rmin= 1,3 µm.

Beobachtungen mit Hochgeschwindigkeitsfilmen zeigen, dass bei einem festen Siederegime die Häufigkeit der Bildung von Dampfblasen sowohl an verschiedenen Punkten der Oberfläche als auch im Zeitverlauf nicht gleich ist. Dies verleiht dem Siedevorgang einen komplexen statistischen Charakter. Dementsprechend sind auch die Wachstumsraten und Ablösungsgrößen verschiedener Blasen durch zufällige Abweichungen um bestimmte Durchschnittswerte gekennzeichnet.

Nachdem die Blase eine bestimmte Größe erreicht hat, löst sie sich von der Oberfläche. Abreißgröße wird hauptsächlich durch das Zusammenspiel von Schwerkraft, Oberflächenspannung und Trägheit bestimmt. Letzterer Wert stellt eine dynamische Reaktion dar, die in einer Flüssigkeit aufgrund des schnellen Größenwachstums von Blasen auftritt. Diese Kraft verhindert normalerweise, dass die Blasen abplatzen. Darüber hinaus hängt die Art der Blasenbildung und -ablösung maßgeblich davon ab, ob die Flüssigkeit die Oberfläche benetzt oder nicht. Die Benetzungsfähigkeit einer Flüssigkeit wird durch den Kontaktwinkel θ charakterisiert, der zwischen der Wand und der freien Oberfläche der Flüssigkeit gebildet wird. Je größer θ, desto schlechter ist die Benetzungsfähigkeit der Flüssigkeit. Es ist allgemein anerkannt, dass für θ<90° (рис. 3.6, A), benetzt die Flüssigkeit die Oberfläche, bei θ >90° jedoch nicht. Der Wert des Kontaktwinkels hängt von der Art der Flüssigkeit, dem Material, dem Zustand und der Sauberkeit der Oberfläche ab. Wenn eine kochende Flüssigkeit die Heizfläche benetzt, haben die Dampfblasen einen dünnen Stiel und lösen sich leicht von der Oberfläche (Abb. 3.7, A). Wenn die Flüssigkeit die Oberfläche nicht benetzt, haben die Dampfblasen einen breiten Stiel (Abb. 3.7, B) und lösen sich entlang des Isthmus, oder es kommt zu einer Verdampfung auf der gesamten Oberfläche.

Sieden- Hierbei handelt es sich um eine Verdampfung, die gleichzeitig sowohl von der Oberfläche als auch im gesamten Flüssigkeitsvolumen erfolgt. Es besteht darin, dass zahlreiche Blasen aufsteigen und platzen, wodurch ein charakteristisches Brodeln entsteht.

Wie die Erfahrung zeigt, beginnt das Sieden einer Flüssigkeit bei einem gegebenen Außendruck bei einer genau definierten Temperatur, die sich während des Siedevorgangs nicht ändert und nur dann auftreten kann, wenn Energie von außen durch Wärmeaustausch zugeführt wird (Abb. 1). ):

wobei L die spezifische Verdampfungswärme am Siedepunkt ist.

Siedemechanismus: Eine Flüssigkeit enthält immer ein gelöstes Gas, dessen Auflösungsgrad mit steigender Temperatur abnimmt. Darüber hinaus befindet sich an den Gefäßwänden adsorbiertes Gas. Wenn die Flüssigkeit von unten erhitzt wird (Abb. 2), beginnt Gas in Form von Blasen an den Gefäßwänden freizusetzen. In diesen Blasen verdunstet Flüssigkeit. Daher enthalten sie neben Luft auch gesättigten Dampf, dessen Druck mit steigender Temperatur schnell ansteigt und das Volumen der Blasen zunimmt, wodurch die auf sie wirkenden Archimedes-Kräfte zunehmen. Wenn die Auftriebskraft größer wird als die Schwerkraft der Blase, beginnt sie zu schweben. Bis die Flüssigkeit jedoch gleichmäßig erhitzt ist, nimmt das Volumen der Blase beim Aufsteigen ab (der gesättigte Dampfdruck nimmt mit abnehmender Temperatur ab) und bevor sie die freie Oberfläche erreichen, verschwinden die Blasen (kollabieren) (Abb. 2, a), was Deshalb hören wir vor dem Kochen ein charakteristisches Geräusch. Wenn sich die Temperatur der Flüssigkeit angleicht, nimmt das Volumen der Blase beim Aufsteigen zu, da sich der Sättigungsdampfdruck nicht ändert, und der äußere Druck auf die Blase, der die Summe des hydrostatischen Drucks der Flüssigkeit über der Blase ist und der atmosphärische Druck nimmt ab. Die Blase erreicht die freie Oberfläche der Flüssigkeit, platzt und es tritt gesättigter Dampf aus (Abb. 2, b) – die Flüssigkeit kocht. Der Sättigungsdampfdruck in den Blasen entspricht nahezu dem Außendruck.

Man nennt die Temperatur, bei der der Sättigungsdampfdruck einer Flüssigkeit gleich dem Außendruck an ihrer freien Oberfläche ist Siedepunkt Flüssigkeiten.

Da der Sättigungsdampfdruck mit steigender Temperatur zunimmt und beim Sieden gleich dem Außendruck sein muss, steigt mit steigendem Außendruck der Siedepunkt.

Der Siedepunkt hängt auch vom Vorhandensein von Verunreinigungen ab und steigt normalerweise mit zunehmender Konzentration der Verunreinigungen an.

Befreit man die Flüssigkeit zunächst von dem darin gelösten Gas, dann kann es zu einer Überhitzung, d.h. zu einer Überhitzung kommen. über den Siedepunkt erhitzen. Dies ist ein instabiler Flüssigkeitszustand. Kleine Stöße genügen und die Flüssigkeit kocht, ihre Temperatur sinkt sofort bis zum Siedepunkt.

Alles, was uns im Alltag umgibt, lässt sich in Form physikalischer und chemischer Prozesse darstellen. Wir führen ständig viele Manipulationen durch, die durch Formeln und Gleichungen ausgedrückt werden, ohne es überhaupt zu wissen. Ein solcher Prozess ist das Sieden. Dies ist ein Phänomen, das absolut alle Hausfrauen beim Kochen nutzen. Für uns kommt es absolut normal vor. Aber betrachten wir den Siedevorgang aus wissenschaftlicher Sicht.

Kochen – was ist das?

Schon seit der Schulphysik ist bekannt, dass Materie in flüssigem und gasförmigem Zustand vorliegen kann. Der Prozess der Umwandlung einer Flüssigkeit in einen Dampfzustand ist das Sieden. Dies geschieht erst, wenn eine bestimmte Temperatur erreicht oder überschritten wird. Auch der Druck ist an diesem Prozess beteiligt und muss berücksichtigt werden. Jede Flüssigkeit hat ihren eigenen Siedepunkt, der den Prozess der Dampfbildung auslöst.

Dies ist der wesentliche Unterschied zwischen Sieden und Verdampfen, der bei jeder Temperatur der Flüssigkeit auftritt.

Wie kommt es zum Kochen?

Wenn Sie jemals Wasser in einem Glasbehälter gekocht haben, haben Sie beobachtet, dass sich beim Erhitzen der Flüssigkeit Blasen an den Wänden des Behälters bilden. Sie entstehen dadurch, dass sich in den Mikrorissen des Geschirrs Luft ansammelt, die sich beim Erhitzen auszudehnen beginnt. Blasen bestehen aus unter Druck stehendem Flüssigkeitsdampf. Diese Paare werden gesättigt genannt. Wenn sich die Flüssigkeit erwärmt, erhöht sich der Druck in den Luftblasen und sie vergrößern sich. Natürlich beginnen sie nach oben zu steigen.

Hat die Flüssigkeit jedoch noch nicht den Siedepunkt erreicht, kühlen die Blasen in den oberen Schichten ab, der Druck nimmt ab und sie landen am Boden des Behälters, wo sie sich erneut erhitzen und aufsteigen. Dieser Vorgang ist jeder Hausfrau bekannt, das Wasser scheint Geräusche zu machen. Sobald die Temperatur der Flüssigkeit in der oberen und unteren Schicht verglichen wird, beginnen die Blasen an die Oberfläche zu steigen und zu platzen – es kommt zum Sieden. Dies ist nur möglich, wenn der Druck im Inneren der Blasen dem Druck der Flüssigkeit selbst entspricht.

Wie bereits erwähnt, hat jede Flüssigkeit ihr eigenes Temperaturregime, bei dem der Siedevorgang beginnt. Darüber hinaus bleibt die Temperatur des Stoffes während des gesamten Prozesses unverändert, die gesamte freigesetzte Energie wird für die Verdampfung aufgewendet. Deshalb brennen die Töpfe unachtsamer Hausfrauen aus – der gesamte Inhalt verkocht und der Behälter selbst beginnt sich zu erhitzen.

Der Siedepunkt ist direkt proportional zum Druck, der auf die gesamte Flüssigkeit, genauer gesagt auf ihre Oberfläche, ausgeübt wird. Im Schulphysikkurs heißt es, dass Wasser bei einer Temperatur von hundert Grad Celsius zu kochen beginnt. Aber nur wenige Menschen erinnern sich daran, dass diese Aussage nur unter normalen Druckbedingungen zutrifft. Als Standardwert gelten einhundertein Kilopascal. Wenn Sie den Druck erhöhen, kocht die Flüssigkeit bei einer anderen Temperatur.

Diese physikalische Eigenschaft nutzen Hersteller moderner Haushaltsgeräte. Ein Beispiel wäre ein Schnellkochtopf. Alle Hausfrauen wissen, dass in solchen Geräten Speisen viel schneller gegart werden als in gewöhnlichen Pfannen. Womit hängt das zusammen? Mit dem Druck, der im Schnellkochtopf entsteht. Es ist doppelt so hoch wie die Norm. Daher siedet Wasser bei etwa einhundertzwanzig Grad Celsius.

Wenn Sie schon einmal in den Bergen waren, haben Sie den gegenteiligen Vorgang beobachtet. In der Höhe beginnt das Wasser bei neunzig Grad zu kochen, was den Kochvorgang erheblich erschwert. Anwohner und Bergsteiger, die ihre gesamte Freizeit in den Bergen verbringen, sind sich dieser Schwierigkeiten bewusst.

Ein bisschen mehr über das Kochen

Viele Menschen haben den Ausdruck „Siedepunkt“ gehört und waren wahrscheinlich überrascht, dass wir ihn im Artikel nicht erwähnt haben. Tatsächlich haben wir es bereits beschrieben. Beeilen Sie sich nicht, den Text noch einmal zu lesen. Tatsache ist, dass in der Physik Punkt und Temperatur des Siedevorgangs als identisch angesehen werden.

In der wissenschaftlichen Welt wird eine Trennung in dieser Terminologie nur beim Mischen verschiedener flüssiger Substanzen vorgenommen. In einer solchen Situation wird der Siedepunkt bestimmt, und zwar der kleinste aller möglichen. Dies gilt als Norm für alle Bestandteile der Mischung.

Wasser: Wissenswertes über physikalische Prozesse

Bei Laborexperimenten nehmen Physiker stets Flüssigkeit ohne Verunreinigungen und schaffen absolut ideale äußere Bedingungen. Aber im Leben läuft alles etwas anders ab, denn oft geben wir Salz ins Wasser oder fügen verschiedene Gewürze hinzu. Wie hoch wird in diesem Fall der Siedepunkt sein?

Salzwasser erfordert zum Kochen eine höhere Temperatur als Süßwasser. Dies ist auf Natrium- und Chlorverunreinigungen zurückzuführen. Ihre Moleküle kollidieren miteinander und es ist eine viel höhere Temperatur erforderlich, um sie zu erhitzen. Es gibt eine bestimmte Formel, mit der Sie den Siedepunkt von Salzwasser berechnen können. Bitte beachten Sie, dass 60 Gramm Salz pro Liter Wasser den Siedepunkt um zehn Grad erhöhen.

Kann Wasser im Vakuum kochen? Wissenschaftler haben bewiesen, dass es möglich ist. Der Siedepunkt sollte in diesem Fall jedoch eine Grenze von dreihundert Grad Celsius erreichen. Schließlich beträgt der Druck im Vakuum nur vier Kilopascal.

Wir alle kochen Wasser in einem Wasserkocher und kennen daher ein so unangenehmes Phänomen wie „Kalk“. Was ist es und warum entsteht es? Eigentlich ist alles einfach: Süßwasser hat unterschiedliche Härtegrade. Sie wird durch die Menge an Verunreinigungen in der Flüssigkeit bestimmt, meist enthält sie verschiedene Salze. Während des Siedevorgangs verwandeln sie sich in Sedimente und in großen Mengen in Kalk.

Kann Alkohol kochen?

Das Kochen von Alkohol wird beim Brauen von Mondschein verwendet und wird Destillation genannt. Dieser Vorgang hängt direkt von der Wassermenge in der Alkohollösung ab. Wenn wir reinen Ethylalkohol als Basis nehmen, liegt sein Siedepunkt bei etwa achtundsiebzig Grad Celsius.

Wenn man dem Alkohol Wasser hinzufügt, erhöht sich der Siedepunkt der Flüssigkeit. Je nach Konzentration der Lösung siedet sie im Bereich von 78 bis 100 Grad Celsius. Natürlich verwandelt sich Alkohol während des Siedevorgangs in kürzerer Zeit in Dampf als Wasser.

Beim Kochen handelt es sich um den Vorgang, bei dem der Aggregatzustand einer Substanz verändert wird. Wenn wir von Wasser sprechen, meinen wir den Übergang vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand. Es ist wichtig zu beachten, dass es sich beim Kochen nicht um eine Verdunstung handelt, die auch bei Raumtemperatur auftreten kann. Es sollte auch nicht mit Kochen verwechselt werden, bei dem Wasser auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird. Nachdem wir nun die Konzepte verstanden haben, können wir bestimmen, bei welcher Temperatur Wasser kocht.

Verfahren

Der Prozess der Umwandlung des Aggregatzustands von flüssig in gasförmig ist komplex. Und obwohl die Leute es nicht sehen, gibt es 4 Phasen:

1. Im ersten Schritt bilden sich kleine Bläschen am Boden des erhitzten Behälters. Sie sind auch an den Seiten oder auf der Wasseroberfläche zu sehen. Sie entstehen durch die Ausdehnung von Luftblasen, die immer in den Ritzen des Behälters vorhanden sind, in denen das Wasser erhitzt wird.
2. In der zweiten Stufe nimmt das Blasenvolumen zu. Sie alle beginnen an die Oberfläche zu strömen, da sich in ihnen gesättigter Dampf befindet, der leichter als Wasser ist. Mit steigender Heiztemperatur erhöht sich der Druck der Blasen und sie werden dank der bekannten Archimedes-Kraft an die Oberfläche gedrückt. In diesem Fall ist das charakteristische Siedegeräusch zu hören, das durch die ständige Ausdehnung und Verkleinerung der Blasen entsteht.
3. Im dritten Stadium sind an der Oberfläche zahlreiche Blasen zu erkennen. Dadurch entsteht zunächst eine Trübung des Wassers. Dieser Vorgang wird im Volksmund „Weißkochen“ genannt und dauert nur kurze Zeit.
4. In der vierten Stufe kocht das Wasser stark, es bilden sich große platzende Blasen an der Oberfläche und es können Spritzer entstehen. Spritzer bedeuten in den meisten Fällen, dass die Flüssigkeit ihre maximale Temperatur erreicht hat. Aus dem Wasser beginnt Dampf auszuströmen.

Es ist bekannt, dass Wasser bei einer Temperatur von 100 Grad kocht, was erst in der vierten Stufe möglich ist.

Dampftemperatur

Dampf ist einer der Zustände von Wasser. Wenn es in die Luft gelangt, übt es, wie andere Gase auch, einen gewissen Druck auf diese aus. Während der Verdampfung bleibt die Temperatur von Dampf und Wasser konstant, bis die gesamte Flüssigkeit ihren Aggregatzustand ändert. Dieses Phänomen lässt sich dadurch erklären, dass beim Kochen die gesamte Energie für die Umwandlung von Wasser in Dampf aufgewendet wird.

Gleich zu Beginn des Siedens entsteht feuchter, gesättigter Dampf, der nach dem Verdampfen der gesamten Flüssigkeit trocken wird. Wenn seine Temperatur beginnt, die Temperatur von Wasser zu überschreiten, ist dieser Dampf überhitzt und seine Eigenschaften ähneln eher denen von Gas.

Kochendes Salzwasser

Es ist durchaus interessant zu wissen, bei welcher Temperatur Wasser mit hohem Salzgehalt kocht. Es ist bekannt, dass er aufgrund des Gehalts an Na+- und Cl--Ionen in der Zusammensetzung, die den Bereich zwischen Wassermolekülen einnehmen, höher sein sollte. Dadurch unterscheidet sich die chemische Zusammensetzung von Wasser mit Salz von gewöhnlicher frischer Flüssigkeit.

Tatsache ist, dass im Salzwasser eine Hydratationsreaktion stattfindet – der Prozess der Anlagerung von Wassermolekülen an Salzionen. Die Bindungen zwischen Süßwassermolekülen sind schwächer als die, die bei der Hydratation entstehen, sodass es länger dauert, bis eine Flüssigkeit mit gelöstem Salz kocht. Mit steigender Temperatur bewegen sich die Moleküle im Salzwasser zwar schneller, aber es gibt weniger davon, wodurch es seltener zu Kollisionen zwischen ihnen kommt. Dadurch entsteht weniger Dampf und sein Druck ist daher geringer als der Dampfdruck von Süßwasser. Folglich wird für eine vollständige Verdampfung mehr Energie (Temperatur) benötigt. Um einen Liter Wasser mit 60 Gramm Salz zum Kochen zu bringen, muss der Siedegrad des Wassers im Durchschnitt um 10 % (d. h. um 10 °C) erhöht werden.

Abhängigkeit des Siedens vom Druck

Es ist bekannt, dass in den Bergen unabhängig von der chemischen Zusammensetzung des Wassers der Siedepunkt niedriger ist. Dies liegt daran, dass der Luftdruck in der Höhe geringer ist. Der Normaldruck wird mit 101,325 kPa angenommen. Damit liegt der Siedepunkt von Wasser bei 100 Grad Celsius. Steigt man aber auf einen Berg, wo der Druck durchschnittlich 40 kPa beträgt, dann kocht das Wasser dort bei 75,88 °C. Das bedeutet aber nicht, dass man fast halb so viel Zeit mit dem Kochen in den Bergen verbringen muss. Die Wärmebehandlung von Lebensmitteln erfordert eine bestimmte Temperatur.

Es wird angenommen, dass Wasser in einer Höhe von 500 Metern über dem Meeresspiegel bei 98,3 °C siedet und in einer Höhe von 3000 Metern der Siedepunkt bei 90 °C liegt.

Beachten Sie, dass dieses Gesetz auch in umgekehrter Richtung gilt. Wenn Sie eine Flüssigkeit in einen geschlossenen Kolben geben, durch den kein Dampf strömen kann, steigt mit steigender Temperatur und Dampfbildung der Druck in diesem Kolben und es kommt zu einem Sieden bei erhöhtem Druck und einer höheren Temperatur. Bei einem Druck von 490,3 kPa liegt der Siedepunkt von Wasser beispielsweise bei 151 °C.

Kochendes destilliertes Wasser

Destilliertes Wasser ist gereinigtes Wasser ohne jegliche Verunreinigungen. Es wird häufig für medizinische oder technische Zwecke verwendet. Da dieses Wasser keine Verunreinigungen enthält, wird es nicht zum Kochen verwendet. Es ist interessant festzustellen, dass destilliertes Wasser schneller kocht als normales Süßwasser, der Siedepunkt jedoch gleich bleibt – 100 Grad. Der Unterschied in der Kochzeit wird jedoch minimal sein – nur einen Bruchteil einer Sekunde.

In einer Teekanne

Menschen fragen sich oft, bei welcher Temperatur Wasser in einem Wasserkocher kocht, da diese Geräte zum Kochen von Flüssigkeiten verwendet werden. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der atmosphärische Druck in der Wohnung dem Standard entspricht und das verwendete Wasser keine Salze und andere Verunreinigungen enthält, die dort nicht vorhanden sein sollten, beträgt der Siedepunkt ebenfalls den Standardwert von 100 Grad. Wenn das Wasser jedoch Salz enthält, ist der Siedepunkt, wie wir bereits wissen, höher.

Abschluss

Jetzt wissen Sie, bei welcher Temperatur Wasser kocht und wie sich der Atmosphärendruck und die Zusammensetzung der Flüssigkeit auf diesen Prozess auswirken. Das ist nichts Kompliziertes und Kinder erhalten solche Informationen in der Schule. Zu bedenken ist vor allem, dass mit sinkendem Druck auch der Siedepunkt der Flüssigkeit sinkt und mit steigendem Druck auch steigt.

Im Internet finden Sie viele verschiedene Tabellen, die die Abhängigkeit des Siedepunkts einer Flüssigkeit vom Atmosphärendruck angeben. Sie stehen jedem zur Verfügung und werden von Schülern, Studierenden und sogar Lehrkräften an Instituten aktiv genutzt.

Prozess mit kochendem Wasser besteht aus drei Phasen:
- Beginn der ersten Phase – winzige Luftblasen springen vom Boden des Wasserkochers oder eines anderen Gefäßes, in dem Wasser zum Kochen gebracht wird, und es bilden sich neue Blasenbildungen auf der Wasseroberfläche. Allmählich nimmt die Anzahl solcher Blasen zu.

- Auf dem zweiten Stufe mit kochendem Wasser Es kommt zu einem massiven, schnellen Aufsteigen von Blasen nach oben, was zunächst zu einer leichten Trübung des Wassers führt, die dann in eine „Weißfärbung“ übergeht, bei der das Wasser wie ein Quellstrahl aussieht. Dieses Phänomen wird als Sieden bezeichnet weißer Schlüssel und äußerst kurzlebig.

– Die dritte Stufe wird von intensiven Prozessen des Wasserkochens, dem Auftreten großer platzender Blasen und Spritzer auf der Oberfläche begleitet. Viele Spritzer bedeuten, dass das Wasser zu stark kocht.

Übrigens, wenn Sie gerne mit sauberem, natürlichem Wasser aufgebrühten Tee trinken, können Sie diesen bestellen, ohne das Haus zu verlassen, zum Beispiel auf der Website: http://www.aqualader.ru/. Anschließend liefert das Wasserversorgungsunternehmen es zu Ihnen nach Hause.

Normalen Beobachtern ist seit langem aufgefallen, dass alle drei Phasen des Kochens von Wasser von verschiedenen Geräuschen begleitet werden. Wasser macht in der ersten Stufe ein kaum hörbares, dünnes Geräusch. Im zweiten Stadium verwandelt sich der Ton in ein Geräusch, das an das Summen eines Bienenschwarms erinnert. Im dritten Stadium verlieren die Geräusche kochenden Wassers ihre Gleichmäßigkeit, werden scharf und laut und nehmen chaotisch zu.

Alle Stufe mit kochendem Wasser lassen sich leicht durch Erfahrung überprüfen. Nachdem wir begonnen haben, Wasser in einem offenen Glasbehälter zu erhitzen und die Temperatur regelmäßig zu messen, werden wir nach kurzer Zeit beginnen, Blasen zu beobachten, die den Boden und die Wände des Behälters bedecken.

Schauen wir uns die Blase, die unten erscheint, genauer an. Durch die allmähliche Vergrößerung ihres Volumens vergrößert die Blase auch die Kontaktfläche mit dem sich erwärmenden Wasser, das noch keine hohe Temperatur erreicht hat. Dadurch werden Dampf und Luft im Inneren der Blase abgekühlt, wodurch ihr Druck abnimmt und die Blase durch die Schwerkraft des Wassers platzt. In diesem Moment erzeugt das Wasser ein charakteristisches Siedegeräusch, das durch Kollisionen des Wassers mit dem Boden des Behälters an den Stellen entsteht, an denen die Blasen platzen.

Wenn sich die Temperatur in den unteren Wasserschichten 100 Grad Celsius nähert, gleicht sich der Druck innerhalb der Blase dem auf sie wirkenden Wasserdruck an, wodurch sich die Blasen allmählich ausdehnen. Eine Vergrößerung des Blasenvolumens führt auch zu einer Erhöhung der Auftriebskraft auf diese, unter deren Einfluss sich die voluminösesten Blasen von den Behälterwänden lösen und schnell nach oben steigen. Wenn die oberste Wasserschicht noch keine 100 Grad erreicht hat, verliert die Blase beim Absinken in kälteres Wasser einen Teil des Wasserdampfs, der kondensiert und ins Wasser gelangt. In diesem Fall verkleinern sich die Blasen wieder und fallen unter dem Einfluss der Schwerkraft nach unten. In Bodennähe gewinnen sie wieder an Volumen und steigen nach oben, und es sind diese Veränderungen der Blasengröße, die das charakteristische Geräusch kochenden Wassers erzeugen.

Wenn das gesamte Wasservolumen 100 Grad erreicht, verkleinern sich die aufsteigenden Blasen nicht mehr, sondern platzen direkt an der Wasseroberfläche. Dabei wird Dampf nach außen abgegeben, begleitet von einem charakteristischen Gurgelgeräusch – das bedeutet Wasser kocht. Die Temperatur, bei der eine Flüssigkeit siedet, hängt vom Druck ab, dem ihre freie Oberfläche ausgesetzt ist. Je höher dieser Druck ist, desto höher ist die erforderliche Temperatur und umgekehrt.

Das Wasser kocht 100 Grad Celsius ist eine bekannte Tatsache. Es ist jedoch zu bedenken, dass diese Temperatur nur bei normalem Atmosphärendruck (ca. 101 Kilopascal) gültig ist. Mit zunehmendem Druck steigt auch die Temperatur, bei der die Flüssigkeit siedet. In Schnellkochtöpfen werden Lebensmittel beispielsweise unter einem Druck von annähernd 200 Kilopascal gegart, wobei der Siedepunkt von Wasser 120 Grad beträgt. In Wasser dieser Temperatur geht das Garen deutlich schneller vonstatten als bei normaler Siedetemperatur – daher der Name der Pfanne.

Dementsprechend senkt ein Druckabfall auch den Siedepunkt von Wasser. Beispielsweise erreichen Bewohner von Bergregionen, die in einer Höhe von 3 Kilometern leben, schneller kochendes Wasser als Bewohner der Ebene – alle Phasen des Kochens von Wasser erfolgen schneller, da hierfür nur 90 Grad bei einem Druck von 70 Kilopascal erforderlich sind. Aber Bergbewohner können beispielsweise kein Hühnerei kochen, da die Mindesttemperatur, bei der das Eiweiß gerinnt, genau 100 Grad Celsius beträgt.