Обычная вода закипает при 100 градусах — в справедливости этого утверждения мы не сомневаемся, а градусник легко это подтверждает. Однако есть люди, которые могут скептически улыбнуться, так как знают — вода не всегда и не везде кипит ровно при 100 градусах.
А разве такое возможно? Да, возможно, но только при определенных условиях.
Сразу нужно сказать, что вода может закипать при температурах как ниже, так и выше +100 °С. Так что не стоит удивляться выражению «Вода вскипела при + 73 °С» или «Кипение воды началось при +130 °С» — обе эти ситуации не просто возможны, но и относительно легко осуществимы.
Но, чтобы понять, как достичь только что описанных эффектов, необходимо разобраться в механизме кипения воды и любых других жидкостей. 
При нагреве жидкости у дна и на стенках сосуда начинают образовываться пузырьки, наполненные паром и воздухом. Однако температура окружающей воды слишком мала, отчего пар в пузырьках конденсируется и сжимается, а под давлением воды эти пузырьки лопаются. Данный процесс происходит до тех пор, пока весь объем жидкости не прогреется до температуры кипения — в этот момент давление пара и воздуха внутри пузырей сравнивается с давлением воды. Такие пузырьки уже способны подняться к поверхности жидкости, выпустив там пар в атмосферу — это и есть кипение. Во время кипения температура жидкости больше не поднимается, так как наступает термодинамическое равновесие: сколько тепла потрачено на нагрев, столько же тепла и отводится паром с поверхности жидкости.
Ключевой момент в закипании воды и любой другой жидкости — равенство давления пара в пузырях и давления воды в сосуде. Из этого правила можно сделать простой вывод — жидкость может закипать при совершенно разных температурах, а добиться этого можно изменением давления жидкости. Как известно, давление в жидкостях складывается из двух составляющих — ее собственного веса и давления воздуха над ней. Получается, что снизить или повысить температуру кипения воды можно изменением атмосферного давления либо давления внутри сосуда с подогреваемой жидкостью.
В действительности так и происходит. Например, в горах кипяток вовсе не так горяч, как на равнинах, — на высоте 3 км, где давление воздуха падает до 0,7 атмосферы, вода закипает уже при +89,5 градусов. А на Эвересте (высота — 8,8 км, давление — 0,3 атмосферы) вода закипает при температуре чуть больше +68 градусов. Да, приготовление пищи при таких температурах — дело весьма трудное, и если бы не специальные средства, то на таких высотах это было бы и вовсе невозможно.
Чтобы повысить температуру кипения, необходимо поднять давление атмосферы или хотя бы плотно закрыть сосуд с водой. Этот эффект используется в так называемых скороварках — плотно закрытая крышка не дает выходить пару, из-за чего давление в ней повышается, а значит, растет и температура кипения. В частности, при давлении в 2 атмосферы вода закипает только при +120 градусах. А в паровых турбинах, где поддерживается давление в десятки атмосфер, вода не закипает и при +300-400 °С!
Однако существует еще одна возможность нагрева воды до больших температур без кипения. Замечено, что образование первых пузырьков начинается на шероховатостях сосуда, а также вокруг более или менее крупных частиц присутствующих в жидкости загрязнителей. Поэтому если нагревать абсолютно чистую жидкость в идеально отполированном сосуде, то при нормальном атмосферном давлении можно заставить эту жидкость не вскипать при очень высоких температурах. Образуется так называемая перегретая жидкость, отличающаяся крайней нестабильностью — достаточно минимального толчка или попадания пылинки, чтобы жидкость мгновенно вскипела (а на деле — буквально взорвалась) сразу во всем объеме.
Обычную воду при некоторых усилиях можно нагреть до +130 °С и она не вскипит. Для получения больших температур уже необходимо применение особого оборудования, но предел наступает при +300 °С — перегретая вода при такой температуре может существовать доли секунды, после чего происходит взрывоподобное вскипание.
Интересно, что перегретую жидкость можно получить и иным способом — подогреть ее до относительно низких температур (чуть ниже +100 °С) и резко понизить давление в сосуде (например, поршнем). В этом случае также образуется перегретая жидкость, способная вскипеть при минимальном воздействии. Данный метод используется в пузырьковых камерах, регистрирующих заряженные элементарные частицы. При пролете сквозь перегретую жидкость частица вызывает ее локальное вскипание, а внешне это отображается как возникновение трека (следа, тонкой черточки) из микроскопических пузырьков. Однако в пузырьковых камерах применяется отнюдь не вода, а различные сжиженные газы.
Итак, вода далеко не всегда закипает при +100 °С — все зависит от давления внешней среды или внутри сосуда. Поэтому в горах без специальных средств нельзя получить «нормальный» кипяток, а в котлах тепловых электростанций вода не кипит даже при +300 °С.
Бытовые приборы, помогающие нагреть или охладить воду до нужной температуры, называются кулерами. Они заменяют электрические чайники, причем для удобства потребителей производители выпускают эти устройства в настольном и напольном вариантах. В эти приборы часто встраиваются различные фильтрующие модули, которые очищают жидкость от ненужных примесей.
Как работает нагрев воды в кулере
Хотя рынок заполнен различными видами оборудования для нагрева воды, у всех устройств один и тот же принцип работы.
Большинство кулеров состоит из следующих частей:
- Теплоизолированный бак, который используется для размещения нагреваемой воды. Емкость сосуда может колебаться от 600 мл до 3 л. Тепловой экран позволяет сохранить жидкость в горячем виде на протяжении нескольких часов.
- Для подогрева воды применяется специальный нагревательный элемент. В различных типах кулеров его мощность колеблется от 0,4 до 1,2 кВт.
- Для обеспечения нормального функционирования устройства применяются платы с электронными компонентами. Модульная конструкция позволяет быстро поменять вышедшие из строя контрольные элементы.
- Для получения нужной температуры нагрева в прибор установлены 2 датчика. Первый из них настроен на нижний порог срабатывания при температуре 68-85 ºC, а второй вступает в действие при достижении уровня в 90-95 ºC.
Схематичное устройство кулера.
В начальный период разогрева процесс идет до срабатывания термодатчика с высоким уровнем температуры. После этого кулер отключается, а жидкость постепенно охлаждается до порога срабатывания датчика с нижним уровнем температуры. Подогрев воды до максимально возможной температуры происходит за 60-120 секунд. Затем система выключается, простаивая от 10 до 20 минут.
Чем чаще потребитель будет сливать из бака горячую жидкость, тем быстрее будут нагреваться последующие партии воды. Но инструкцией запрещается включение прибора без установки в нем бутыли, так как это быстро приводит к повреждению и выходу из строя нагревательных элементов.
Чтобы прибор работал весь срок эксплуатации, указанный в паспорте, нужно использовать воду хорошего качества. Рекомендуется своевременно менять фильтры и проводить мероприятия по обслуживанию оборудования.
До какой температуры кулер нагревает воду
Потребители часто интересуются, какая температура в кулере горячей воды, сколько градусов покажет термометр, если его опустить в бак устройства. Выпускаемые разными производителями приборы подогревают жидкость до 95 ºC.
После срабатывания термодатчика и отключения оборудования температура немного уменьшается. Практически жидкость в баке нагревается до 85-90 ºC.
Что такое функция турбонагрев
В большинстве продающихся на рынке приборов появилась дополнительная функция «Турбонагрев». Это означает, что в оборудовании есть запас мощности, который можно использовать для ускоренного разогрева. Такие устройства оснащены жидкокристаллическим экраном, показывающим температуру и время нагрева, и специальной кнопкой, включающей и отключающей дополнительный нагревательный модуль.
Если в старых образцах приборов были установлены ТЭН мощностью от 0,4 до 0,6 кВт, то при наличии функции турбонагрева в корпус вмонтирован еще один нагреватель, увеличивающий общую мощность до 0,7-1,2 кВт.
Можно ли водой из кулера заваривать чай
Любители чая заинтересованы получить ответ на вопрос, возможно ли заварить напиток, используя очищенную воду из кулера. Образующаяся на поверхности жидкости белая пенка отпугивает многих потребителей чая.
Но беспокоится не надо, так как это налет практически безопасен для здоровья человека. Он появляется из-за наличия в воде растворенных газов, которые при кипячении выходят на поверхность жидкости, а затем испаряются. В кулере температура чуть ниже порога вскипания, поэтому для выхода газообразных фракций нужно после засыпания чая в жидкость подождать несколько минут. За это время пенка исчезнет, а жидкость приобретет цвет заварки.
Качество полученного напитка зависит от используемых компонентов, поэтому лучше всего брать для заварки чистую воду и натуральный чай. Но после использования прибора на стенках бака скапливаются остатки, которые могут стать причиной какого-либо заболевания. Это происходит из-за появления в баке различных бактерий.
Чтобы уничтожить некоторые виды опасных микробов, которые не гибнут при кипячении, а остаются в кулере, а затем интенсивно размножаются, рекомендуется своевременно проводить чистку бака и нагревательных элементов.
Если для очистки жидкости применены фильтры, то их надо после использования кулера ополоснуть в проточной воде, а после 1-2 месяцев эксплуатации эти устройства рекомендуется заменить, иначе микробы поселятся и на них.
Имеется в виду жидкая вода или вода вообще?
Как верно заметил оратор выше, с увеличением давления увеличивается и температура кипения, однако продолжаться бесконечно это не может. Каждое вещество имеет критическую температуру фазового перехода — когда давление настолько большое, что различия между фазой жидкости и газа у вещества исчезают (плотность жидкости и её насыщенного пара уравниваются, а поверхностное натяжение вещества доходит до нуля). У воды это проходит при максимальном давлении в 218,3 атмосфер, тогда температура кипения будет равна 647 по Кельвину или примерно 374 по Цельсию.
Если имеется в виду максимальная температура вещества вообще, то здесь она для всех веществ одинаковая. Для начала, после нагрева молекул воды до температуры в несколько тысяч градусов, с орбит атомов слетят электроны и в целом получится уже не вода, а свободные ядра водорода и кислорода. Далее, на температуре около ста миллиардов градусов и ядра развалятся протоны с нейтронами, позже — протоны разделятся на кварки и глюоны.
Что будет, если нагревать дальше? Существует верхний предел температуры (планковская температура) для всех веществ во Вселенной. Выше планковской температуры энергия частиц становится настолько большой, что гравитационные силы между ними становятся сравнимы с остальными фундаментальными взаимодействиями. Проще говоря, вся материя переходит в энергию, ибо сама по себе температура в термодинамике — это кинетическая энергия молекул. Равна эта величина примерно 1,416808*10^32 (141 680 800 000 000 000 000 000 000 000 000 — сто сорок один нониллион, шестьсот восемьдесят октиллионов, восемьсот септиллионов) градуса Кельвина с погрешностью.