Parowanie, wrzenie i skraplanie

około 12 minut
W tej lekcji1/18

Kałuża po deszczu wysycha w kilka godzin, choć nikt jej nie postawił na kuchence. A woda w garnku uparcie czeka z zamianą w parę aż do 100 °C. Skoro w obu przypadkach woda zamienia się w parę, dlaczego raz wystarczy chłodny chodnik, a raz trzeba aż wrzątku? Dziś rozbieramy oba zjawiska na czynniki pierwsze — i po drodze dowiesz się, dlaczego w górach makaron gotuje się dłużej.

Parowanie: ucieczka najszybszych cząsteczek

Parowanie to przejście cieczy w gaz. Ale skąd bierze się para nad chłodną kałużą? Odpowiedź kryje się w jednym słowie: średnia.

Dwie cechy parowania

Stąd dwie cechy parowania, które warto zapamiętać na zawsze:

Parowanie chłodzi ciecz

Skoro odlatują najszybsze cząsteczki, te, które zostają, są średnio wolniejsze — a niższa średnia energia ruchu to niższa temperatura. Dlatego mokra skóra po wyjściu z basenu marznie nawet w upał.

Cztery sposoby na szybsze parowanie

  1. 1

    Szybkość parowania da się sterować, i robisz to codziennie. Sposób pierwszy: podnosimy temperaturę cieczy. Wtedy więcej cząsteczek ma dość energii, by uciec.

  2. 2

    Sposób drugi: zwiększamy powierzchnię cieczy. Więcej cząsteczek znajduje się wtedy przy wyjściu, czyli przy powierzchni.

  3. 3

    Sposób trzeci: zapewniamy ruch powietrza. Wiatr zabiera parę znad cieczy, więc mniej cząsteczek wraca z powrotem.

  4. 4

    Sposób czwarty: zmniejszamy wilgotność powietrza. W suchym powietrzu jest mało pary, więc powrotów jest jeszcze mniej.

  5. 5

    Dlatego prania nie suszy się w zwiniętej kuli, tylko rozwiesza: rozłożona koszulka ma wielokrotnie większą powierzchnię. A najlepiej schnie w ciepły, wietrzny i suchy dzień — wszystkie cztery czynniki działają wtedy naraz.

Wszystkie kroki za Tobą!

Wszystkie 5 kroków odsłonięte.

Wrzenie: parowanie w całej objętości naraz

Wrzenie to też przejście cieczy w gaz, ale rozgrywa się inaczej. Gdy podgrzewamy wodę, coraz więcej cząsteczek jest coraz szybszych — w pewnym momencie tyle, że para zaczyna powstawać w całej objętości cieczy. Pęcherzyki tworzą się w środku wody, odrywają od dna i wypływają do góry. To one bulgoczą w garnku.

Wrzenie ma jedną temperaturę

Parowanie zachodzi zawsze, wrzenie tylko w jednej, ściśle określonej temperaturze — nazywamy ją temperaturą wrzenia twt_w. Dla wody przy ciśnieniu normalnym to 100 °C.

W górach woda wrze chłodniejsza

W górach powietrza nad nami jest mniej, więc ciśnienie jest niższe i woda wrze poniżej 100 °C. Bulgocze jak trzeba, tylko jest chłodniejsza — a makaron gotuje się w niej wyraźnie dłużej, bo o szybkości gotowania decyduje temperatura, a nie widok bąbelków.

°C020406080100120140120 °C — szybkowar, wyższeciśnienie100 °C — ciśnienienormalne92 °C — szczyt Rysów,niższe ciśnienie
Temperatura wrzenia wody zależy od ciśnienia

Szybkowar działa odwrotnie

Szczelnie zamknięta pokrywka nie wypuszcza pary, więc ciśnienie w środku rośnie, a razem z nim temperatura wrzenia — do jakichś 120 °C. Potrawa gotuje się w cieplejszej wodzie i jest gotowa w kilkanaście minut zamiast w godzinę.

Garnek na kuchence, krok po kroku

  1. 1

    Stawiamy garnek zimnej wody na palniku. Termometr rusza w górę: dostarczana energia rozpędza cząsteczki i podnosi temperaturę. Woda już teraz paruje z powierzchni, choć jeszcze tego nie widać.

    20 ∘C→100 ∘C20\ ^\circ\text{C} \rightarrow 100\ ^\circ\text{C}
  2. 2

    Około 60 °C na dnie osiadają drobne pęcherzyki. To jeszcze nie wrzenie — to powietrze, które było rozpuszczone w wodzie i teraz się z niej uwalnia.

  3. 3

    Przy 100 °C zaczyna się właściwe wrzenie. Pęcherzyki pary wodnej powstają już w całej objętości, rosną, odrywają się od dna i z bulgotem wypływają na powierzchnię.

    tw=100 ∘Ct_w = 100\ ^\circ\text{C}
  4. 4

    Kręcimy palnik na maksimum. Bulgotanie robi się gwałtowne, pary ucieka więcej — a termometr ani drgnie. Dalej pokazuje 100 °C, czyli na wykresie powyżej to płaski odcinek ciągnący się aż do prawej krawędzi.

    t=100 ∘C=constt = 100\ ^\circ\text{C} = \text{const}
  5. 5

    Bo dostarczana energia nie rozpędza już cząsteczek. Cała idzie na zrywanie ich wzajemnego przyciągania, czyli na przerabianie wody w parę. Mocniejszy ogień oznacza tylko jedno: woda szybciej wygotuje się z garnka.

    Q→zmiana stanu skupieniaQ \rightarrow \text{zmiana stanu skupienia}
Wszystkie kroki za Tobą!

Wszystkie 5 kroków odsłonięte.

Twoja kolej

Woda w garnku wrze już od dwóch minut. Przekręcasz palnik na maksimum i gotujesz jeszcze pięć minut — bulgocze coraz gwałtowniej. Jaką temperaturę w °C pokazuje termometr zanurzony w tej wodzie? Ciśnienie jest normalne.

Pułapka! Większy ogień, cieplejsza woda?

Najczęstszy błąd tej lekcji: przekonanie, że jeśli grzejemy wrzącą wodę mocniej, to robi się coraz gorętsza.

Pułapka! Duży płomień pod wrzątkiem

Wniosek dla kuchni: gdy woda już wrze, przykręć gaz. Ziemniaki ugotują się dokładnie tak samo szybko, bo woda ma tę samą temperaturę — zaoszczędzisz tylko gaz i nie wygotujesz połowy garnka.

Pułapka! Parowanie to nie to samo co wrzenie

Drugi błąd: mylenie parowania z wrzeniem. To nie są dwa słowa na to samo zjawisko.

Pułapka! Biała mgiełka nad czajnikiem

Trzeci błąd, drobny, ale uparty: para wodna to ta biała mgiełka nad czajnikiem. Otóż nie. Para wodna jest gazem, więc jest całkowicie niewidoczna — tuż przy dziobku ciągnie się przezroczysta przerwa i to w niej leci prawdziwa para. Biała chmurka kawałek dalej to już maleńkie kropelki wody, skroplone przy zetknięciu z chłodniejszym powietrzem.

Skraplanie, czyli para oddaje energię

  1. 1

    Skraplanie to droga powrotna: cząsteczki pary zwalniają na tyle, że wzajemne przyciąganie znów je łapie i łączy w krople. Żeby zwolniły, para musi oddać energię — zwykle chłodniejszemu ciału, którego dotknie.

    para wodna→woda\text{para wodna} \rightarrow \text{woda}
  2. 2

    Rosa. W nocy trawa wychładza się szybciej niż powietrze. Para wodna, która dotknie zimnego źdźbła, oddaje mu energię i osiada kroplami. Rano łąka jest mokra, choć deszczu nie było.

  3. 3

    Mgła. Gdy całe powietrze przy ziemi wychłodzi się dostatecznie mocno, para skrapla się w powietrzu, na drobinkach kurzu. Powstają miliardy maleńkich kropelek zawieszonych w powietrzu — i widoczność spada do kilku metrów.

  4. 4

    Zaparowane okno w łazience. Ciepła para z prysznica dotyka chłodnej szyby, oddaje jej energię i zamienia się w cienką warstwę kropelek. Dokładnie to samo dzieje się z szybami samochodu w chłodny poranek, tyle że parę wydychają pasażerowie.

  5. 5

    Chmury. Ciepłe powietrze z parą wodną unosi się w górę, gdzie jest coraz zimniej. Para oddaje energię i skrapla się w kropelki — to z nich zbudowana jest każda chmura. Gdy kropelki urosną za bardzo, spadają jako deszcz.

Wszystkie kroki za Tobą!

Wszystkie 5 kroków odsłonięte.

Twoja kolej

Ta sama potrawa gotuje się w szybkowarze kilkanaście minut zamiast godziny. Dlaczego?

Ściąga do zapamiętania

Czym różni się parowanie od wrzenia i co dzieje się z temperaturą podczas wrzenia?

PAROWANIE zachodzi w KAŻDEJ temperaturze i TYLKO z powierzchni cieczy: uciekają najszybsze cząsteczki, które przy powierzchni mają dość energii, by pokonać przyciąganie sąsiadek. Dlatego kałuża wysycha bez gotowania. Skoro odlatują najszybsze, średnia energia pozostałych spada — czyli parowanie CHŁODZI. Na tym polega pocenie się jako chłodnica organizmu i marznięcie mokrej skóry. Parowanie przyspieszają: wyższa temperatura, większa powierzchnia (stąd rozwieszanie prania), ruch powietrza i mniejsza wilgotność. WRZENIE zachodzi w CAŁEJ objętości cieczy (pęcherzyki pary powstają też w środku i na dnie) i TYLKO w temperaturze wrzenia — dla wody 100 °C przy ciśnieniu normalnym. Temperatura wrzenia zależy od ciśnienia: w górach ciśnienie jest niższe, więc woda wrze poniżej 100 °C, na przykład 92 °C na Rysach, i makaron gotuje się dłużej. W szybkowarze ciśnienie jest wyższe, woda wrze około 120 °C i potrawa jest gotowa szybciej. PODCZAS WRZENIA TEMPERATURA NIE ROŚNIE mimo dalszego grzania — cała dostarczana energia idzie na zmianę stanu skupienia, a mocniejszy ogień tylko szybciej wygotowuje wodę. SKRAPLANIE to droga powrotna: para oddaje energię chłodniejszemu ciału i zamienia się w krople. Tak powstają rosa, mgła, zaparowane okno i chmury. Sama para wodna jest niewidoczna — biała mgiełka nad czajnikiem to już skroplone kropelki wody.

Sprawdź się!

Odpowiedziano na 0 z 5 pytań

Skróty klawiszowe quizu: klawisze od 1 do 4 wybierają odpowiedź, Enter sprawdza, a po sprawdzeniu przechodzi do następnego pytania. Każdy przycisk możesz też wybrać Tabem i Spacją.

1

Kałuża po deszczu wysycha w chłodny, pochmurny dzień, choć nikt jej nie podgrzewa. Dlaczego?

2

Dlaczego po wyjściu z basenu jest ci zimno, nawet gdy powietrze jest ciepłe?

3

Woda w garnku wrze. Przekręcasz palnik z małego płomienia na maksymalny. Co się stanie?

4

Turysta gotuje makaron na szczycie w wysokich górach i dziwi się, że trwa to znacznie dłużej niż w domu. Dlaczego tak jest?

5

Po prysznicu lustro w łazience pokrywa się mgiełką kropelek. Co się stało?

Następny temat
Ciepło topnienia i ciepło parowania