Перегрев - Superheating

В физике , перегревом (иногда называют кипящую отсталость , или кипящей задержки ) это явление , при котором жидкость нагревают до температуры выше его точки кипения , без кипения. Это так называемое метастабильное состояние или метастатическое состояние , при котором в любой момент может возникнуть кипение, вызванное внешними или внутренними эффектами. Перегрев достигается путем нагревания однородного вещества в чистом контейнере, свободном от участков зародышеобразования , при этом стараясь не повредить жидкость. Это может произойти, если разлить воду в очень гладкой посуде в микроволновой печи . Нарушение воды может вызвать опасное извержение горячей воды и привести к ожогам .

Причина

Для того, чтобы произошло кипение, давление пара должно превышать давление окружающей среды плюс небольшое давление, вызванное поверхностным натяжением.

Говорят, что вода «кипит», когда пузырьки водяного пара неограниченно растут и лопаются на поверхности. Для расширения парового пузыря температура должна быть достаточно высокой, чтобы давление пара превышало давление окружающей среды (в первую очередь атмосферное давление ). Ниже этой температуры пузырек водяного пара сожмется и исчезнет.

Исключением из этого простого правила является перегрев; Иногда наблюдается, что жидкость не кипит, даже если давление ее пара превышает давление окружающей среды. Причина - дополнительная сила, поверхностное натяжение , которое подавляет рост пузырьков.

Поверхностное натяжение заставляет пузырь действовать как резиновый шар (точнее, тот, который недостаточно надут, так что резина остается эластичной). Давление внутри слегка повышается из-за того, что «кожа» пытается сжаться. Чтобы пузырек расширился, температура должна быть немного выше точки кипения, чтобы создать давление пара, достаточное для преодоления как поверхностного натяжения, так и давления окружающей среды.

Что делает перегрев таким взрывоопасным, так это то, что большой пузырь легче надуть, чем маленький; Как и при надувании воздушного шара, самое сложное - это начать. Оказывается, избыточное давление из-за поверхностного натяжения обратно пропорционально диаметру пузыря. Это означает, что если самые большие пузырьки в контейнере имеют диаметр всего несколько микрометров, преодоление поверхностного натяжения может потребовать превышения точки кипения на несколько градусов Цельсия. Как только пузырь действительно начинает расти, давление из-за поверхностного натяжения уменьшается, поэтому он стремительно расширяется. На практике у большинства контейнеров есть царапины или другие дефекты, из-за которых возникают воздушные карманы, образующие пусковые пузыри. Но емкость с жидкостью только с микроскопическими пузырьками может сильно перегреться.

Возникновение через микроволновую печь

Перегрев может произойти, когда емкость с водой в спокойном состоянии нагревается в микроволновой печи . Когда контейнер снимается, отсутствие мест зародышеобразования предотвращает кипение, оставляя поверхность спокойной. Однако, как только вода потревожена, часть ее резко превращается в пар , потенциально разбрызгивая кипящую воду из контейнера. Закипание можно вызвать, толкнув чашку, вставив перемешивающее устройство или добавив такое вещество, как растворимый кофе или сахар. Вероятность перегрева больше у гладких контейнеров, потому что в царапинах или сколах могут скапливаться небольшие воздушные карманы, которые служат точками зарождения . Перегрев более вероятен после многократных циклов нагрева и охлаждения емкости, не подвергшейся воздействию, например, когда забытую кофейную чашку повторно нагревают, не вынимая из микроволновой печи. Это происходит из-за циклов нагрева, при которых из растворителя выделяются растворенные газы, такие как кислород и азот . Есть способы предотвратить перегрев в микроволновой печи, например, предварительно положить в контейнер неметаллический предмет (например, палочку для перемешивания) или использовать поцарапанный контейнер. Не рекомендуется использовать воду в микроволновой печи в течение длительного времени.

Приложения

В пузырьковых камерах используется перегрев водородной жидкости .

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка