Кипячение - Википедия - Boiling

Кипячение это быстрый испарение из жидкость, которое происходит при нагревании жидкости до точка кипения, то температура на котором давление газа давления жидкости равно давлению, оказываемому на жидкость окружающей атмосферой. Существует два основных типа кипения: пузырьковое кипение, при котором в отдельных точках образуются маленькие пузырьки пара, и кипение с критическим тепловым потоком, при котором поверхность кипения нагревается выше определенной критической температуры и на поверхности образуется пленка пара. Переходное кипение - это промежуточная, нестабильная форма кипения с элементами обоих типов. Температура кипения воды составляет 100 ° C или 212 ° F, но ниже при пониженном атмосферном давлении на больших высотах.

Кипяток используется как способ сделать его пригодным для питья, убивая микробы и вирусы, которые могут присутствовать. Чувствительность различных микроорганизмов к теплу различна. Но если вода выдерживается при температуре 100 ° C (212 ° F) в течение одной минуты, большинство микроорганизмов и вирусов инактивируются. Десяти минут при температуре 70 ° C (158 ° F) также достаточно для большинства бактерий.

Кипяток также используется в нескольких Готовка методы, включая кипячение, приготовление на пару и браконьерство.

Типы

Ядерный

Ядерное кипячение воды над горелкой кухонной плиты

Ядерное кипение характеризуется ростом пузырьков или хлопков на нагретой поверхности, которые поднимаются из отдельных точек на поверхности, температура которой лишь немного превышает температуру жидкости. В целом количество зарождение сайтов увеличивается при повышении температуры поверхности.

Неровная поверхность емкости для кипячения (т.е. повышенная шероховатость поверхности) или добавки к жидкости (т.е. поверхностно-активные вещества и / или наночастицы) способствуют пузырьковому кипению в более широком диапазоне температур.[1][2][3] а исключительно гладкая поверхность, такая как пластик, поддается перегрев. В этих условиях нагретая жидкость может показывать задержка кипения и температура может несколько превышать точку кипения без кипения.

Критический тепловой поток

Критический тепловой поток (CHF) описывает тепловой предел явления, при котором во время нагрева происходит фазовое изменение (например, образование пузырьков на металлической поверхности, используемой для нагрева воды ), что резко снижает эффективность теплопередача, вызывая локальный перегрев поверхности нагрева. Когда поверхность кипения нагревается выше критической температуры, на поверхности образуется пленка пара. Поскольку эта паровая пленка гораздо менее способна отводить тепло от поверхности, температура очень быстро поднимается выше этой точки в переходное кипение режим. Момент, в котором это происходит, зависит от характеристик кипящей жидкости и рассматриваемой поверхности нагрева.[2]

Переход

Переход кипения может быть определено как нестабильное кипение, которое происходит при температурах поверхности между максимумом, достигаемым при пузырьковом кипении, и минимальным, достигаемым при пленочном кипении.

Формирование пузыри в нагретой жидкости - это сложный физический процесс, который часто включает кавитация и акустические эффекты, такие как шипение широкого спектра, которое можно услышать в чайнике, еще не нагретом до точки, при которой пузыри выкипают на поверхность.

Фильм

Основная статья: Эффект Лейденфроста

Если поверхность, нагревающая жидкость, будет значительно горячее, чем жидкость, то произойдет пленочное кипение, при котором тонкий слой пара имеет низкую температуру. теплопроводность, изолирует поверхность. Это состояние паровой пленки, изолирующей поверхность от жидкости, характеризует пленочное кипячение.

Физика

Точка кипения элемент при заданном давлении является характерным признаком элемента. Это также верно для многих простых соединений, включая воду и простые спирты. После начала кипения и при условии, что кипение остается стабильным и давление остается постоянным, температура кипящей жидкости остается постоянной. Этот атрибут привел к принятию точки кипения в качестве определения 100 ° C.

Дистилляция

Смеси летучих жидкостей имеют температуру кипения, специфичную для этой смеси, производящей пар с постоянным составом компонентов - смесь постоянного кипения. Этот атрибут позволяет разделять или частично разделять смеси жидкостей путем кипячения и лучше всего известен как средство разделения. этиловый спирт из воды.

Использует

Холодильное оборудование и кондиционирование

Большинство видов охлаждение и какой-то тип кондиционер работают, сжимая газ, чтобы он стал жидкостью, а затем давая ему закипеть. Он поглощает тепло из окружающей среды, охлаждая холодильник или морозильник или охлаждая воздух, поступающий в здание. Типичные жидкости включают пропан, аммиак, углекислый газ или же азот.

Для приготовления питьевой воды

Как метод дезинфекции воды, доведение ее до точки кипения при 100 ° C (212 ° F), является старейшим и наиболее эффективным способом, поскольку он не влияет на вкус, он эффективен, несмотря на наличие в нем загрязняющих веществ или частиц, и это одноэтапный процесс, который устраняет большинство микробы несет ответственность за причинение кишечник сопутствующие заболевания.[4] Температура кипения воды составляет 100 ° C (212 ° F) на уровне моря и при нормальном барометрическом давлении.[5] В местах, где очистка воды Система рекомендуется только в качестве метода неотложной очистки или для получения питьевой воды в дикой природе или в сельской местности, поскольку она не может удалить химические токсины или примеси.[6][7]

Уничтожение микроорганизмов кипячением следует кинетика первого порядка - при высоких температурах это достигается за меньшее время, а при более низких температурах - за большее время. Тепловая чувствительность микроорганизмов варьируется при 70 ° C (158 ° F), Лямблии виды (причины Лямблиоз ) может потребоваться десять минут для полной инактивации, большинство кишечных микробов и Кишечная палочка (гастроэнтерит ) займет меньше минуты; при температуре кипения, Холерный вибрион (холера ) занимает десять секунд и вирус гепатита А (вызывает симптом желтуха ), одна минута. Кипячение не гарантирует уничтожения всех микроорганизмов; бактериальные споры Clostridium могут выжить при 100 ° C (212 ° F), но не влияют на переносимость через воду или кишечник. Таким образом, для здоровья человека полная стерилизация воды не требуется.[4]

Традиционный совет кипячения воды в течение десяти минут в основном предназначен для дополнительной безопасности, поскольку микробы начинают уничтожаться при температурах выше 60 ° C (140 ° F), и доведение воды до точки кипения также является полезным показателем, который можно увидеть без помощь термометр, и к этому времени вода дезинфицируется. Хотя точка кипения снижается с увеличением высоты недостаточно влиять на процесс дезинфекции.[4][8]

В кулинарии

Кипячение макароны

Кипячение это метод Готовка еда в кипячении воды или другие жидкости на водной основе, такие как акции или же молоко.[9] Кипячение медленно кипит, а в браконьерство Жидкость для приготовления пищи движется, но почти не пузырится.[10]

Температура кипения воды обычно составляет 100 ° C или 212 ° F. Давление и изменение состава жидкости могут изменить точку кипения жидкости. Высоко высота приготовление обычно занимает больше времени, так как температура кипения зависит от атмосферное давление. На высоте около одной мили (1600 м) вода закипает примерно при 95 ° C или 203 ° F.[11] В зависимости от типа пищи и высоты кипящая вода может быть недостаточно горячей для правильного приготовления пищи.[12] Точно так же увеличение давления как в скороварка повышает температуру содержимого выше точки кипения на открытом воздухе.

Варить в пакете

Основная статья: Варить в пакете
Смотрите также: Су-вид

Также известный как «кипячение в пакете», это включает нагревание или приготовление готовой пищи, запечатанной в толстом пластиковом пакете. Пакет с продуктами, часто замороженными, на определенное время опускают в кипящую воду.[13] Полученные блюда можно приготовить с большим удобством, поскольку при этом не загрязняются кастрюли или сковороды. Такое питание доступно как для кемпинга, так и для домашнего питания.

Контраст с испарением

При любой заданной температуре все молекулы в жидкости не обладают одинаковой кинетической энергией. Некоторые частицы с высокой энергией на поверхности жидкости могут иметь достаточно энергии, чтобы избежать межмолекулярных сил притяжения жидкости и стать газом. Это называется испарением.

Испарение происходит только на поверхности, в то время как кипение происходит во всей жидкости. Когда жидкость достигает точки кипения, в ней образуются пузырьки газа, которые поднимаются на поверхность и взрываются в воздухе. Этот процесс называется кипячением. Если кипящую жидкость нагреть сильнее, температура не повысится, но жидкость закипит быстрее.

Это различие характерно исключительно для перехода жидкость-газ; любой переход непосредственно от твердого тела к газу всегда называется сублимация независимо от того, находится ли он в точке кипения или нет.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Doretti, L .; Лонго, Г. А .; Mancin, S .; Righetti, G .; Вейбель, Дж. А. (2017). «Осаждение наночастиц при кипячении в бассейне наножидкости Cu-вода». Journal of Physics: Серия конференций. 923 (1): 012004. Bibcode:2017JPhCS.923a2004D. Дои:10.1088/1742-6596/923/1/012004. ISSN  1742-6596.
  2. ^ а б Тейлор, Роберт А .; Фелан, Патрик Э. (2009). «Бассейн кипячения наножидкостей: всесторонний обзор существующих данных и ограниченные новые данные». Международный журнал тепломассообмена. 52 (23–24): 5339–5347. Дои:10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2009.06.040.
  3. ^ Роберт А. Тейлор, Патрик Е. Фелан, Тодд Отаникар, Рональд Дж. Адриан, Рави С. Прашер, Генерация пара в жидкой суспензии наночастиц с помощью сфокусированного непрерывного лазера, Письма по прикладной физике, Том 95, Выпуск 16, 2009
  4. ^ а б c Ховард Бэкер (2002). «Обеззараживание воды для международных путешественников и путешественников по дикой природе». Клинические инфекционные болезни. Оксфордские журналы. 34 (3): 355–364. Дои:10.1086/324747. PMID  11774083. Получено 20 июля 2013.
  5. ^ «Точка плавления, точка замерзания, точка кипения». chemed.chem.purdue.edu. Получено 2019-01-11.
  6. ^ Агентство по охране окружающей среды США, OW (18 ноября 2015 г.). «Экстренная дезинфекция питьевой воды». Агентство по охране окружающей среды США. Получено 2019-01-11.
  7. ^ Кертис, Рик (март 1998 г.). «Руководство OA по очистке воды, Полевое руководство туриста».
  8. ^ CDC (06.09.2019). «Обеспечение безопасности воды в чрезвычайной ситуации». Центры по контролю и профилактике заболеваний. Получено 2020-01-07.
  9. ^ Рикус, Алексис; Сандер, Бев; Макки, Ивонн (22.08.2016). Приготовление пищи и питание AQA GCSE. Hodder Education. ISBN  9781471863653.
  10. ^ Издательство, Д. К. (29 августа 2005 г.). Кулинарная книга: приемы и советы лучших поваров мира. Пингвин. ISBN  9780756665609.
  11. ^ IAPWS. «Как давление влияет на кипение воды? Почему вода кипит при более низкой температуре на больших высотах?». Часто задаваемые вопросы о воде и Steam. Архивировано из оригинал на 2009-08-06. Получено 2009-12-05.
  12. ^ «Кулинария на высоте и безопасность пищевых продуктов». Министерство сельского хозяйства США. 15 июня 2013 г.. Получено 10 февраля, 2020.
  13. ^ "Варка в пакете - определение" Варка в пакете "на Dictionary.com". Dictionary.com.