Wrzenie (fizyka)

Z Wikipedii

Wrzenie – zjawisko przemiany cieczy w gaz (parę), podczas którego powstają i rosną pęcherzyki pary nasyconej w objętości, a nie tylko na powierzchni cieczy. Dlatego mówi się, że wrzenie, to gwałtowne parowanie nie tylko na powierzchni, ale także wewnątrz objętości. Wrzenie wymaga dostarczania energii do wrzącego ciała dlatego jest to przejściem fazowym pierwszego rodzaju.

Przy wrzeniu cieczy w naczyniu, w którym ścianki są powierzchniami grzejnymi, nierówności ścianek i zanieczyszczenia znajdujące się w cieczy stanowią zarodki na których powstają właściwe pęcherzyki pary.

Przy występowaniu grawitacji powstające pęcherze z parą unoszą się ku górze i po wypłynięciu na powierzchnię cieczy pękają, a zawarta w nich para przechodzi do przestrzeni nad cieczą.

Wrzenie jest możliwe przy odpowiednim ciśnieniu w każdej temperaturze, w której może istnieć ciecz, czyli między punktem potrójnym a punktem krytycznym. Przy danym ciśnieniu zewnętrznym wrzenie cieczy zachodzi w określonej temperaturze, zwanej temperaturą wrzenia. Wzrost ciśnienia zewnętrznego powoduje wzrost temperatury wrzenia gdyż ciśnienie pary musi się zrównać z ciśnieniem zewnętrznym co wymaga podwyższenia temperatury (zob. równanie Clapeyrona). Przy ciśnieniu atmosferycznym woda wrze w temperaturze 100 °C.

Ciśnienie w pęcherzyku pary jest większe od ciśnienia nad cieczą, wpływa na to ciśnienie hydrostatyczne cieczy oraz napięcie powierzchniowe cieczy. Napięcie powierzchniowe (σ) wywołuje przyrost ciśnienia (Δp) zależny od promienia (r) pęcherzyka (Δp=2·σ/r). Istnienie (powstanie) pęcherzyka o danym promieniu jest możliwe pod warunkiem, że temperatura cieczy przekroczy temperaturę równowagi ciecz-gaz przy ciśnieniu w hipotetycznym pęcherzyku, dlatego temperatura we wrzącej cieczy i stykającym się z nią gazie nie jest jednakowa. Ciecz w pobliżu podgrzewanej ścianki ma temperaturę większą od temperatury wrzenia (dla wody w odległości 1mm od ścianki temperatura może być nawet o 10°C wyższa od temperatury wrzenia, a w odległości 1cm – do 0,5°C).

Wrzenie czystej cieczy w naczyniu o gładkich ściankach rozpoczyna się w wyższej temperaturze. Ciecz o temperaturze większej od temperatury wrzenia jest nazywana cieczą przegrzaną. Dodanie do niej zarodków powoduje powstanie pęcherzy pary. Zarodkami są też zjonizowane obszary cieczy, zjawisko to wykorzystano w komorze pęcherzykowej do obrazowania śladów cząsteczek jonizujących.

Rozpuszczenie w cieczy ciała stałego powoduje wzrost temperatury wrzenia (zob. prawo Raoulta).

Zjawisko wrzenia jest przedstawiane na wykresie q(ΔT) zwanym krzywą wrzenia

Zobacz też: parowanie, ciśnienie pary nasyconej.