Warum verdampft Wasser bei 100 °C nicht schlagartig?
Es dauert mit meinem Herd vllt. 10 Minuten, um das Wasser von 15 °C auf 100 °C zu erhitzen. Danach dauert es aber je nachdem wie viel es ist Ewigkeiten, bis das Wasser verdampft ist. Meiner Logik nach müsste es dann doch nur weitere 10 Minuten dauern, um es von 100 °C auf 175 °C zu erhitzen. Es wird doch in den nächsten 10 Minuten die gleiche Menge an Energie zugeführt. Warum verdampft das Wasser nicht schlagartig bei 100 °C und der Dampf wird dann innerhalb der nächsten 10 Minuten auf 175 °C erhitzt? Meiner Logik nach müsste das so sein.
7 Antworten
Es ist in der Tat eine spezielle Eigenart des Wassers, dass es kaum einen anderen physikalischen Vorgang gibt, der so viel Energie benötigt wie die Verdampfung von Wasser. Das liegt hauptsächlich an den Wasserstoffbrückenbindungen, die aufgebrochen werden müssen, bevor das Wasser sich in einzelne Moleküle zerlegt, die dann in die gasförmige Phase, also Dampf, übergehen.
Auf der anderen Seite macht der hoher Energiegehalt von Dampf Wasser zu einem idealen Betriebsmittel für Dampfmaschinen und Dampfturbinen.
Hallo!
Wieviel Wasser ist in dem Topf?
Das Wasser hat bei den von Dir gemessenen 100°C, nicht überall diese 100°C erreicht.
Diese (von unten) eingebrachte Wärme verteilt sich nur relativ langsam in der gesamten Flüssigkeit.
Und die Temperatur würde theoretisch erst dann weiter ansteigen, wenn alles Wasser verdampft ist. Denn alles an eingebrachter Wärme-Energie wird für den Verdampfungs-Prozess verbraucht.
In einer Mikrowelle wäre dieser "Siedeverzug", den Du eingangs meintest, theoretisch leichter zu erreichen.
Ein Glas mit klarem, sauberem Wasser könnte bei einer vibrationsfreien Erhitzung tatsächlich auf über 100°C erwärmt werden, ohne dabei zu sieden.
Wenn dann eine "Störung" in dieses System eingebracht wird. Also eine Erschütterung, oder ein "Keimkristall", dann würde das gleichmäßig "überhitzte Wasser" quasi explosionsartig verdampfen.
Das ist in Küchen sogar ein relativ häufiger "Unfall" in Verbindung mit Mikrowellen.
Deshalb soll man auch einen "Stab" aus Kunststoff, oder Glas in die Flüssigkeit stellen.
Im einem Kochtopf, oder Wasserkocher, sorgen (bei ca. 92°C) die ersten entstehenden Dampfperlchen (die an der heißeren Wärme-Kontaktfläche entstehen) bereits für die erwähnte "Störung". Lange bevor alles Wasser die 100°C erreicht hat.
Und Wasser ist nun einmal ein relativ schlechter Wärmeleiter. Es dauert also, bis die eingebrachte Wärme sich überall verteilt hat.
https://www.youtube.com/results?search_query=Physik+wasser+siedeverzug
Das ganze funktioniert auch umgekehrt, beim Einfrieren von Wasser.
Vorsichtig herabgekühlt, kann man sauberes und klares Wasser auf deutlich unter 0°C abkühlen, ohne daß es gefriert.
Wenn dann auch hier eine "Störung" in Form einer Erschütterung, oder eines "Keimkristalls" eingebracht wird, wird dieses unterkühlte Wasser beinahe schlagartig gefrieren, bzw. kristallisieren.
Auch Hagel und Schneeflocken bilden sich erst um eine "Störung" durch ein erstes "Keimkistrall" herum. Und auch hierbei wurde fallenden Wassertropfen auf unter 0°C herunter gekühlt.
Zu diesen Effekten gibt es im Grunde noch viel mehr zu sagen.
Aber das sollte fürs Erste reichen.
Gruß
Martin
Energie steckt nicht nur in der Temperatur, sondern auch im Aggregatzustand.
Das heißt, von Fest zu flüssig musst du Energie aufbringen ohne dass due Temperatur steigt. Du kannst 0°C kaltes Eis haben, aber auch 0°C kaltes Wasser. Genauso kannst du 100°C heißes Wasser und 100°C heißen Wasserdampf haben.
Unter gewissen Bedingungen gelingt es, Flüssigkeiten unterhalb des Schmelzpunktes zu bekommen, oder oberhalb des Siedepunktes. Dann lässt sich die Differenzenergie messen.
Die Wärmepads im Winter zum knicken funktionieren so: Der Schmelzpunkt liegt bei 30°C oder so... sie bleiben jedoch auch noch bei Minusgraden flüssig. Erst durch starke Erschütterung (knicken) werden sie plötzlich fest. Dabei wird die Differenzenergie zwischen flüssigen und festen Zustand frei.
Es dauert mit meinem Herd vllt. 10 Minuten, um das Wasser von 15 °C auf 100 °C zu erhitzen. Danach dauert es aber je nachdem wie viel es ist Ewigkeiten, bis das Wasser verdampft ist. Meiner Logik nach müsste es dann doch nur weitere 10 Minuten dauern, um es von 100 °C auf 175 °C zu erhitzen.
Nein, das ist nicht so. Der Phasenübergang selber benötigt Energie. D.h., die innere Energie von einem Mol Wasserdampf bei 100°C ist höher als von einem Mol flüssigem Wasser bei 100°C. Diese Energie muss zugeführt werden.
Wenn man die Temperatur des Wassers im Laufe der Zeit aufzeichnen würde, so steigt die Funktion im Idealfall linear an, bis 100°C erreicht sind. Dann stockt der Anstieg und die Temperatur bleibt konstant, bis das ganze Wasser verdampft ist. Während dieser Zeit konstanter Temperatur wird durch die Herdplatte die Energie für den Phasenübergang zugeführt.
Der phasenübergang von flüssig zu gasförmig erfordert nochmal nen ganzen Haufen energie. Wie viel genau weiss ich nicht. Aber wir reden hier schon in vielfachen von dem was du brauchst um das Wasser auf 100 Grad zu erhitzen.
Deswegen dauert das so lange.
Hinzu kommt sicherlich das nur der Topfboden Energie abgibt. Also nur die unterste Schicht Energie bekommt. Diese fläche begrenzt natürlich den energiefluss