Question

Как вскипятить воду охлаждением?

Answer 1

Есть такой закон Бойля-Мариотта.

За этим законом абсолютная температура жидкости или газа (в Кельвинах) равна произведению давления на объём.

T=p*V.

Соответственно при нормальных условиях вода кипит при температуре 373,15 К и 760 мм ртутного столба. (101 325 Па).

Процесс кипения есть ничто иное, как переход вещества из жидкого агрегатного состояния в газовое агрегатное состояние.

Соответственно закону Бойля-Мариотта если при одинаковом объёме уменьшить давление, то температура для достижения точки кипения соответственно тоже уменьшится. Так, например, раньше по температуре кипения воды в открытой ёмкости определяли высоту над уровнем моря.

Соответственно взяв некий объём воды с температурой, которая ниже точки кипения при нормальных условиях и уменьшая давления можно достигнуть точки, когда температуры воды будет достаточно для кипения. Вода при кипении немного охладится и успокоится. Уменьшая давление дальше мы будем наблюдать, что вода вскипает, охлаждается, опять вскипает и т. д. до достижения точки замерзания воды.

Жидкость может закипать и без изменения температуры. Если человек резко поднимается из глубины, на которой дышал воздушно-гелиевой смесью, то гелий, который растворился в крови человека начинает резко выделяться (поскольку уменьшается давление) из-за перехода в газообразное состояния. Происходит газовая закупорка кровеносных сосудов. Это называется кессоновой болезнью. Раньше говорили проще - вскипает кровь.

Answer 2

Роджер был совершенно прав, когда написал, что мой первый ответ - это ответ на другой вопрос. Действительно, он написал, что откачка воздуха насосом из колбы с водой - это совсем другой процесс: не доведение воды до кипения охлаждением, а охлаждение воды ее же кипением! Вода кипит и при этом охлаждается - если извне к ней непрерывно не подводится теплота, причем достаточно быстро (как это происходит в чайнике или в кастрюле на плите). Но можно ли ответить именно на поставленный вопрос? Можно ли только охлаждением заставить воду кипеть? Наверное, можно, причем только одним способом. Нужно соединить две колбы (большую и маленькую) трубкой и налить в маленькую колбу воду. Затем из этой системы нужно удалить воздух (естественно, насосом), но как только давление упадет примерно до давления паров воды при данной температуре (это можно контролировать манометром), нужно насос сразу отключить. Вода, конечно, закипит. Но нужно дождаться прекращения кипения. Это произойдет, как только немного охладившаяся вода немного нагреется и давление пара над ней станет равновесным, соответствующим температуре воды. Теперь в колбе с водой (и в пустой тоже) не будет воздуха. В маленькой колбе будет вода и над ней водяной пар, а в большой колбе будет только водяной пар. При температуре 20°С давление водяного пара будет 17,5 мм рт. ст. Теперь нужно опустить большую колбу в кастрюлю с ледяной водой, с кусочками плавающего льда в ней. При этом водяной пар в большой колбе (а вместе с ней и в маленькой) начнет конденсироваться, давление в системе упадет (при 0°С давление паров воды составляет 4,6 мм рт.ст.), и вода в маленькой колбе закипит в результате охлаждения! Колбы разных размеров нужны только для ускорения процесса. Если же взять только одну колбу и охлаждать ее, "фокус" может не получиться: чтобы вода закипела, водяной пар должен конденсироваться быстрее, чем будет охлаждаться вода. Разве только охлаждать стенки колбы над уровнем жидкости. В принципе такое тоже возможно.

Answer 3

Для того, чтобы "вскипятить воду охлаждением", нужно налить в колбу воду и подсоединить ее к насосу, достаточно даже в водоструйному. Вода охладится и закипит. Зимой, когда водопроводная вода холодная, водоструйный насос может понизить давление до 10 миллиметров ртутного столба. А при таком давлении вода кипит при температуре 12°С. То есть она сильно охладится, если вначале была теплой. Но если продолжать откачку, то есть нарушать равновесие жидкость - пар, то за счет потери теплоты на испарение вода в колбе будет продолжать остывать (и при этом кипеть), пока не замерзнет и не превратится в лед. Только для этого нужно взять насос помощнее, чтобы получить давление ниже 5 мм.

Answer 4

Имхо, это невозможно.

Для начала повторю то, что уже отметил в комментариях. Ведь в вопросе исходное воздействие - охлаждение. А не создание условий для кипения. Да, при понижении давления жидкость начинает кипеть и тем самым охлаждаться, но это вовсе не то, о чем спрашивается. В условии задачки жидкость сначала охлаждается, а и только как результат охлаждения она должна закипеть.

В приведённых примерах, когда снижают давление, жидкость сначала закипает, и как результат - охлаждается.

Так что ответ на вопрос отрицательный. Кипение, так или иначе, - это подвод энергии к жидкости снаружи *нагрев в чайнике) или же использование внутренней энергии за счёт изменения внешних условий (понижение давлений). При охлаждении не выполняется ни одно из этих условий. Про внешнее давление ничего не говорится, а охлаждение жидкости есть процесс, прямо противоположный её нагреву. Так что для закипания просто нет причин.

Answer 5

Процесс кипячения сопровождается выделением паров жидкости, в пузырьки внутри самой жидкости. Таким образом если воду поместить в сосуд, в котором давление сначала повысить, а температуру понизить, то при открытие такого сосуда при комнатной температуре и нормальном давлении, начнутся интенсивно выделяться пузырьки газа, растворенного в воде, создавая иллюзию кипения.