Как происходит нагревание воды в чайнике кратко

Обновлено: 02.07.2024

Электрический чайник уже достаточно давно стал привычным бытовым прибором. Но в чем заключается механизм его работы? Эксперты рассказали о том, как устроен электрический чайник.

Что внутри?

В нижней части любого электрического чайника находится нагревательный элемент, благодаря которому закипает вода. Это так называемый трубчатый электрический нагреватель, он может быть двух видов: открытая спираль из нержавеющей стали или же диск, расположенный внутри корпуса.

Как нагревается вода?

Устанавливая чайник на подставку, включенную в электрическую сеть. Таким образом подается ток на контакты, расположенные у нее внутри. Далее нажатием кнопки ток поступает в нагревательный элемент чайника и кипятит воду.

Термостат определяет температуру нагрева воды и после достижения определенной отметки автоматически отключает подачу электричества на нагревательный элемент. Некоторые устройства оснащены режимом поддержания температуры, в таком случае чайник будет и дальше сам подогревать воду, если она немного остынет.

Почему электрический чайник выключается сам?

Во-первых, благодаря термостату, который считывает температуру воды и определяет, что она достаточно нагрелась. Во-вторых, в электрических чайниках устанавливается биметаллическая пластина, которая изгибается при достижении определенной температуры и размыкает контакты, отключая нагревательный элемент чайника.

Кипение воды – процесс интенсивного образования пара, происходящий как на свободной поверхности жидкости, так и внутри её структуры. От испарения его отличает подчиненность определённым параметрам – температуре и давлению. Скорость закипания зависит от степени взаимодействия на молекулярном уровне.

Многие считают, что вода начинает кипеть при 100°С. Но это верно лишь для обычных условий. В действительности, температурные показатели закипания – это диапазон величин, зависящий и от самой жидкости, и от давления (наружного и внутреннего). Парообразование может происходить и при 80°С, и при 130°С. При какой температуре закипает вода в чайнике? Попытаемся ответить на этот вопрос в данной статье.

Температура пара кипящей воды в чайнике

Паром называется газообразное состояние воды. Взаимодействуя с окружающим воздухом, он может оказывать на него давление. В процессе образования пара температура его и воды будет оставаться неизменной до тех пор, пока жидкость полностью не испариться. Это обусловлено тем, что вся мощь градусов идёт на парообразование. Подобное обстоятельство позволяет образовываться сухому насыщенному пару.

Внимание! Температура пара и кипящей жидкости всегда одинакова. Более горячий пар уместно получить, лишь применив специальные установки. Для закипания обыкновенной воды требуется нагреть её до 100°С.

При какой температуре закипает соленая вода

Солёная вода требует более высоких градусов для закипания, чем обычная жидкость. Это объясняется особенностью её состава. Всё пространство между водными молекулами занимают ионы, что приводит к гидратации. Напомним, данным термином называется присоединение молекул воды к ионам соли. Гидратация усиливает межмолекулярную связь, что отодвигает время закипания.

Нагреваясь, солёная вода непрерывно теряет молекулы. Соответственно, сталкиваться они будут значительно реже. Для инициации парообразования понадобится больший временной период, чем для рядовой жидкости. В общем и целом, можно уверенно утверждать, что солёная вода начинает кипеть при температуре приблизительно на 10°С выше, чем пресная.

Градус закипания дистиллированной воды

Дистиллированная вода – это вода, которую очистили от растворённых в ней минералов, органики и прочих примесей. Обычно её используют в химических лабораториях и в промышленности. Также она применяется в медицинских и исследовательских целях.

Важно! Дистиллированную воду запрещается пить или использовать для приготовления пищи.

Получается такая вода путём дистилляции. Обычную воду помещают в специальный агрегат-дистиллятор. Он выпаривает её и конденсирует пар. В конце у вас будет отдельно дистиллят, и отдельно примеси.

Температура, при которой из дистиллированной воды делается кипяток, равна показателю кипения водопроводной, т.е. всё тем же 100°С. Разница заключается в том, что закипать очищенная от солей жидкость начинает чуть быстрее.

Как влияет давление на процесс закипания воды

Давление (и атмосферное, и внутри жидкости) может существенно повлиять на процесс парообразования. Так, температурой кипения воды на высокой горе является 70°С, что значительно осложняет готовку. Чтобы приготовить пищу на высоте, требуется намного больше времени, поскольку, как это не парадоксально, закипевшая жидкость не будет достаточно горячей. Сварить куриное яйцо не получится совсем. Невозможно и приготовление мясных блюд.

Внимание! Употреблять еду на природе можно только, если она термически обработана и качественно проварена. Отправляясь в горный поход, следует заранее предвидеть такой нюанс и принять все необходимые меры по страховке себя от потенциальных неожиданных ситуаций.

Точка кипения воды на морском побережье — 100°С. При подъёме в гору, через каждые пройденные три сотни метров температура кипения будет уменьшаться на 1°С. Вследствие этого, жителям горных районов рекомендуется использовать автоклавы, чтобы жидкость получалась достаточно горячей. Это стоит помнить не только домохозяйкам, но и служащим лабораторий. Ведь все знают, что для стерилизации продуктов и инструментов необходимы более 100°С. Иначе оборудование не будет стерильным, ведь некоторые микробы являются термостойкими, и может принести в дальнейшем множество осложнений.

Уже доказано, что повышение температуры кипения может существенно сократить время, требующееся для приготовления еды, что очень важно в наш прогрессивный век.

Чтобы повысить данный показатель, надо применять герметично закрывающуюся ёмкость. Оптимальным выбором будут скороварки, в которых крышка не пропускает пар, увеличивая внутреннее давление. В процессе нагрева образуется пар, но, поскольку он не может попасть наружу, он конденсируется на внутренней стороне крышки. Это приводит к заметному повышению давления внутри сосуда. В автоклавах давление равняется 1-2 атмосферы, из-за этого жидкость в них начинает кипеть при 120-130°C.

Наибольшая возможная температура кипения воды пока учёными не обнаружена. Это обусловлено её способностью расти до поры, пока атмосферное давление не достигнет своего предела. Паровые турбинные установки подогревают воду до 400°С, но при этом она не кипит, а давление сохраняется в пределах нескольких десятков атмосфер. Аналогичные данные были получены при проведении исследований на больших океанических глубинах.

Особенности процесса

Основная функция чайника — вскипятить воду для чая, кофе или каких-то других нужд. Вне зависимости от используемого прибора (электрического устройства из нержавейки или стекла, эмалированной модели для газовой или электроплиты), вода начинает закипать при достижении значения 100 ºC.

Значение по шкале Кельвина — 373,15 K, по Фаренгейту — 212 °F.

Но это верно лишь при нормальном внешнем давлении (760 мм ртутного столба) и отсутствии в жидкости примесей. Изменение (снижение) давления влияет на точку кипения, и вода в населенном пункте, расположенном существенно выше уровня моря, закипит при 80-90 ºC.

Наоборот, в условиях повышенного давления содержимое начнет бурлить при температуре, которая будет выше стандартной. Точные значения зависят от конкретных ситуаций.

Неодинаков и показатель времени, и выше уже отмечалось, какие чайники закипят быстрее. Помимо особенностей конструкции, на фактор скорости влияют:

При подготовке к чаепитию необходимо учитывать эти моменты.

Почему чайник не закипает в положенное время

Такие привычные действия: нажать рычажок или кнопку, вставить вилку в розетку, водрузить на плиту, предварительно залив в емкость воду. Остается дождаться сигнала, автоотключения или бурления пузырьков с паром и можно приступать к чаепитию.

неисправность чайника;
толстый слой известковых отложений на нагревательных элементах (термостат отключается раньше, чем достигается уровень кипения, вода лишь подогревается);
неисправность конфорки (если используется наплитная модель).

Особенно часто выходят из строя дешевые электрические приборы, оснащенные открытой спиралью. Энергии хватает лишь на нагрев содержимого емкости, вода остается теплой или слегка горячей, кипения нет.

Выход: найти проблему и устранить (очистить от накипи, заменить ТЭН или сам прибор).

Нагрев воды для разных сортов и не только

Разобравшись с кипением, переходим к особенностям заваривания разных видов чая. Гуру знают, что не для всех сортов годятся стандартные сто градусов (кипяток). В случаях с приготовлением неферментированного белого, зеленого, цветочного напитка кипящая вода лишь навредит вкусу чайного букета.

Залив листья зеленого чая водой из только что вскипевшего прибора, рискуете получить пресную или терпкую бурду, а не ароматную живительную влагу. Напиток потеряет не только вкус, но и эфирные масла, витамины, превратившись в жидкость, лишь отдаленно напоминающую чай.

К сожалению, в бешеном ритме нашей жизни многие не вникают в такие тонкости, привыкают к безвкусному масс-продукту и даже не предполагают, что действуют неправильно.

Простая памятка о температурных режимах для разных видов чая:

95-99 ºC — черный;
95 ºC — красный, робуш, пуэр, мате, травяные смеси;
85 ºC — зеленый, улун, цветочный;
65-80 ºC — белый.

Важно учитывать качество воды, целостность, прожарку, ферментацию. Цельные и скрученные листья требуют высокой температуры воды, но это не значит, что заваривают их крутым кипятком. Для приготовления кофе лучшая температура — 95 ºC.

Тем, кто предпочитает белый, зеленый, желтый или цветочный чай, рекомендуется приобрести электрочайник с терморегулятором.

Отличия прибора от обычных моделей:

предусмотрены опции выбора режима нагрева;
функция поддержания температуры.

В любых чайниках при нагревании допускается небольшое отклонение от заданной температуры. Например, режим 80 ºC нагревает чуть меньше или чуть больше (плюс/минус 2-3 градуса). Разница несущественная, но лучше это учитывать.

В моделях с терморегулятором бесступенчатого типа пользователь сам выбирает нужные температурные показатели. У электроприборов с устройством ступенчатого типа шаг нагрева выставляется производителем, изменить его нельзя. В этом случае на панели управления монтируют кнопки с указанием температуры: 40, 60, 80, 90, 100 градусов.

Положительные отзывы покупателей получили устройства марок KitchenAid Artisan 5KEK1522EER, Kitfort КТ-649, XIAOMI Mi Smart Kettle EU.

Многих интересует, почему считается, что нельзя кипятить воду в чайнике дважды, чем это грозит здоровью. Эксперты объясняют, что гуляющие по интернету страшилки об опасности повторного кипячения — всего лишь мифы. Изменения в составе воды очень незначительные, вреда для организма человека не представляют.

Если же вопрос о том, сколько раз можно кипятить воду, для вас важен, сливайте каждый раз остатки из чайника и наполняйте его непосредственно перед чаепитием, чтобы не приходилось подогревать. Не забудьте про установку фильтров, так как качество жидкости в системах водоснабжения оставляет желать лучшего.

Надеемся, что информация оказалась полезной. Теперь вы точно знаете нюансы правильного кипячения воды для чая или кофе.

Нагревание чайника

Явление: конвекция и теплопередача.

В основе нагревания воды в чайнике лежит физическое явление - конвекция. Теплота передаётся чайнику снизу, а вода - плохой проводник тепла. Именно благодаря конвекции энергия переносится струями жидкости, и вода нагревается по всему объёму.

Закрываем чайник при кипении мы тоже не случайно. При открытой крышке часть молекул, имеющих большую кинетическую энергию, будет улетать, унося энергию, поэтому вода быстрее закипит, если крышку закрыть.

Присутствует в чайной церемонии и такое физическое явление, как теплопередача. Не зря ручки у самоваров всегда были деревянными - дерево не самый лучший проводник тепла. Как, впрочем, и пластмасса, из которой сегодня делают электрические чайники.

Хорошая хозяйка также знает, что, если положить в стакан металлическую ложку, та примет часть тепла, и температура воды станет ниже. Тепловое расширение внутренних стенок будет меньше, и деформация не окажется разрушительной для стакана. Хорошо охладит чай и металлический подстаканник, поскольку он сам быстро нагревается и забирает тепло.

Заваривание чая

Явление: диффузия.

А если бросить в кипяток крупинки чая или заварной пакетик, не размешивая, можно увидеть, как распространяется чайный настой в чистой воде. Происходит диффузия жидкостей. Конечно, все мы знаем, что чай надо заваривать кипятком. Оказывается, при высокой температуре диффузия в жидкостях происходит быстрее. Примером диффузии в твёрдом теле может быть консервация. Кристаллы соли в воде распадаются на ионы, которые, хаотически двигаясь, проникают между молекулами веществ в составе тех же овощей или грибов.

На кухне можно наблюдать и физическое явление диффузии газов. Благодаря ему, сидя в другой комнате, можно понять, что готовится. Диффузия в газах может быть крайне опасной, из-за этого явления можно отравиться угарным и другими ядовитыми газами.

Гашение соды уксусом

Явление: реакция нейтрализации.

Без этого явления не было бы у хозяек вкусной выпечки. Когда мы гасим соду в ложке уксуса, происходит химическая реакция нейтрализации. Её результат - углекислый газ. Он стремится покинуть тесто и изменяет его структуру, делая пористым и рыхлым.

Правда, любой химик вам скажет: гасить соду вовсе не обязательно. При температуре от 60 градусов (а лучше 200) происходит разложение соды на карбонат натрия, воду и всё тот же углекислый газ. Однако реакция будет проходить несколько хуже, чем при гашении соды, а значит, хуже может оказаться и вкус готовых изделий из теста.

Варка курицы и пельменей

Явление: гидростатика - закон Архимеда.

Приготовившись сварить курицу, мы наполняем кастрюлю водой примерно наполовину или на три четверти - в зависимости от размера курицы. Погружённая в кастрюлю курица заметно уменьшается в весе, а вода поднимается к краям кастрюли. Это явление объясняется выталкивающей силой, или законом Архимеда. В этом случае на тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объёме погружённой части тела. Тот же принцип действует и при варке пельменей. Они вытеснят часть воды наверх ровно в том объёме, который занимают сами.

Проверка агрегатного состояния яиц

Явление: сохранение момента импульса.

Если раскрутить покрытое скорлупой варёное и сырое яйцо, то первое начнёт вращаться, а второе останется неподвижным. Всё потому, что внутри сырого яйца есть жидкость. Постоянно смещающийся внутри центр тяжести быстро замедляет вращение. У варёного же яйца центр тяжести остаётся в одной точке.

Опускать яйца вариться именно в холодную воду тоже надо из научных соображений. Вещества, содержащиеся в яйце, при охлаждении сжимаются по-разному: белок уменьшается в объёме гораздо существеннее, чём скорлупа. Тогда мембрана, окружающая белок, отрывается от внутренней поверхности скорлупы и легко отходит.

Работа микроволновой печи

Явление: электромагнитное излучение.

Обычная микроволновая или СВЧ-печь с точки зрения физики носит устрашающее название - магнетрон. Это основной элемент каждой микроволновки, по сути, вакуумная лампа, которая создаёт СВЧ-излучение частотой 2,45 ГГц. Такое излучение необычно воздействует на обычную воду, которая содержится в любой пище, а также на молекулы жиров и сахара.

При облучении электромагнитными волнами эти молекулы начинают колебаться. Из-за этого между ними возникает трение, за счёт него выделяется тепло. Оно-то и разогревает пищу изнутри.

Расширим картину мира

Научный сотрудник Института прикладной физики РАН, популяризатор науки Артём Коржиманов, кандидат физико-математических наук:

«Конечно, окружающие нас бытовые приборы инженеры делают так, чтобы мы не разбирались особо, как это всё действует. Мы приходим в магазин, покупаем вещь, в случае поломки несем её в мастерскую. Но знание, как всё это устроено, в некотором смысле расширяет наши потребительские возможности - например, по управлению автомобилем, выбору марки машины. Если вы понимаете, как это работает, вы сможете более обоснованно и аргументированно сделать покупку. Это экономит время и деньги.

Интересный факт

Если рассматривать эффект с физической точки зрения, то это самопроизвольно образующийся электрический заряд, возникающий из-за трения поверхностей друг о друга. Причиной тому - соприкосновение двух различных веществ самого диэлектрика. Атомы одного вещества отрывают электроны другого. После их разъединения каждое из тел сохраняет свой разряд, но при этом разность потенциалов растёт.

Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Они не дают статическому заряду нанести человеку вред после мгновенного разряда.

Читайте также: