Fierberea

(Apă care fierbe într-o oală etanșă.)

Fierberea este vaporizarea rapidă a unui lichid, care apare atunci când un lichid este încălzit până la punctul de fierbere, temperatura la care presiunea de vapori a lichidului este egală cu presiunea exercitată asupra lichidului de atmosfera înconjurătoare. Cu cât este mai mare presiunea, cu atât este mai mare punctul de fierbere. Există două tipuri principale de fierbere; când se formează mici bule de vapori în puncte discrete, și fierberea critică sub flux de căldură, când suprafața de fierbere este încălzită peste o anumită temperatură critică și se formează o peliculă de vapori pe suprafață. Fierberea de tranziție este o formă intermediară și instabilă de fierbere, cu elemente de ambele tipuri. Punctul de fierbere al apei este de 100 °C, dar este mai mică la presiunea atmosferică scăzută de la altitudini mai mari.

Apa care fierbe este folosită ca o metodă de preparare a acesteia prin uciderea microbilor care pot fi prezenți. Sensibilitatea diferitelor microorganisme la căldură variază, dar dacă apa este menținută la 70 °C timp de zece minute, multe organisme sunt ucise, dar unele sunt mai rezistente la căldură și necesită cel puțin un minut la punctul de fierbere al apei.

Fierberea este, de asemenea, utilizată în gătit. Alimentele potrivite pentru fierbere includ legume, alimente cu conținut de amidon cum ar fi orez, fidea și cartofi, ouă, carne, sosuri, și supe. Ca metodă de gătit, este simplă și adecvată pentru bucătăria pe scară largă. Carnea groasă sau carnea de pasăre pot fi supuse unui proces lung de gătit. Dezavantajele includ pierderea de vitamine și minerale solubile în apă. Preparatele alimentare gătite în mod obișnuit sunt ambalate uneori în plicuri de polietilenă și vândute ca produse „fierte în sac”.

Tipuri

Nucleația

(Fierbere nucleată a apei peste un arzător de bucătărie.)

Fierberea nucleată se caracterizează prin creșterea bulelor pe o suprafață încălzită, care se ridică din punctele discrete de pe o suprafață a cărei temperatură este puțin mai mică decât lichidele. În general, numărul locurilor de nucleație este mărit în cazul unei temperaturi de suprafață în creștere.

O suprafață neregulată a vasului de fierbere (adică rugozitatea crescută a suprafeței) sau aditivii la fluid (adică agenți tensioactivi și/sau nanoparticule) poate crea puncte de nucleație suplimentare, în timp ce o suprafață excepțional de netedă, cum ar fi plasticul, se supune ea însăși supraîncălzirii. În aceste condiții, un lichid încălzit poate prezenta întârziere la fierbere și temperatura poate trece puțin peste punctul de fierbere fără fierbere.

Fluxul de căldură critic

Pe măsură ce suprafața de fierbere este încălzită peste temperatura critică, se formează o peliculă de vapori pe suprafață. Deoarece acest strat de vapori este mult mai puțin capabil să transporte căldura departe de suprafață, temperatura crește foarte repede dincolo de acest punct în regimul de fierbere de tranziție. Momentul în care se produce acest lucru depinde de caracteristicile fluidului fierbinte și de suprafața de încălzire în cauză.

Tranziția

Fierberea de tranziție poate fi definit ca fierberea instabilă, care are loc la temperaturi de suprafață între valoarea maximă realizabilă în nucleație și minimul obținut la fierberea filmului.

Formarea bulelor într-un lichid încălzit este un proces fizic complex care implică adesea cavitație și efecte acustice, cum ar fi șuieraturi cu spectru larg care se aude într-un vas de fierbere care nu este încă încălzit până la punctul în care bulele fierb la suprafață.

Filmul

Dacă o încălzire a suprafeței lichidului este semnificativ mai fierbinte decât lichidul, atunci va avea loc fierberea filmului, unde un strat subțire de vapori, care are conductivitate termică scăzută, izolează suprafața. Această condiție a unui film de vapori care izolează suprafața din lichid caracterizează fierberea filmului.

Distilarea

În distilare, se utilizează fierberea pentru separarea amestecurilor. Acest lucru este posibil deoarece vaporii care se ridică dintr-un lichid fierbinte au, în general, un raport de componente diferit de cel din lichid.

Fierberea vs. evaporarea

La orice temperatură dată, toate moleculele dintr-un lichid nu au aceeași energie cinetică. Unele particule de energie ridicată pe suprafața lichidului pot avea suficientă energie pentru a scăpa de forțele intermoleculare de atragere a lichidului și a deveni gaz. Aceasta se numește evaporare.

Evaporarea se produce numai la suprafață, în timp ce fierberea se întâmplă în întregul lichid. Când un lichid atinge punctul de fierbere, se formează bule de gaze care se ridică la suprafață și se sparg în aer. Acest proces se numește fierbere. Dacă lichidul fierbinte este încălzit mai puternic, temperatura nu crește, dar fierbe mai repede.