Правда ли, что холодная вода закипает быстрее горячей?

Распространён совет, что, если надо быстрее вскипятить воду, то лучше кипятить холодную, чем горячую. Мы решили проверить, есть ли у такой рекомендации научные обоснования.

Вопрос, какая вода закипает быстрее — холодная или горячая, интересует многих. Об этом регулярно спрашивают на сайтах вопросов и ответов и обсуждают это в СМИ. Волнует пользователей и вопрос, может ли соль ускорить закипание воды, а некоторые кулинарные ресурсы однозначно утверждают, что солёная вода закипит быстрее, чем пресная.

С точки зрения физики кипение — это процесс парообразования внутри всего объёма жидкости, в отличие от испарения, при котором пар образуется только на поверхности. Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения. Этот параметр зависит от атмосферного давления и типа жидкости. Чем выше давление, тем выше температура кипения. Именно поэтому на вершинах гор, где давление ниже, чем на уровне моря, вода закипает не при 100 °С, а при более низких температурах — например, при 90 °С. На вершине Эвереста вода кипит при температуре всего 68 °С. 

Однако на любой высоте процесс кипения происходит по одним и тем же законам: вода поглощает тепло от плиты, огня или нагревательного элемента электрического чайника, постепенно становясь всё горячее. Логично, что воде температурой 60–75 °С — а по правилам именно такой должна быть вода в системе горячего водоснабжения в Москве — потребуется нагреться на меньшее количество градусов, чтобы закипеть, чем воде комнатной температуры (18–20 °С). Однако чем холоднее вода, тем эффективнее она поглощает тепло, и поэтому холодная вода вначале будет нагреваться быстрее. Но это преимущество будет кратковременным, и, достигнув температуры горячей воды, она будет нагреваться с той же скоростью, что и изначально горячая вода. В итоге время закипания для холодной воды будет складываться из времени, необходимого для нагревания её до температуры горячей, и времени, за которое закипает горячая вода. 

Предположительно, заблуждение могло возникнуть из-за того, что в случае с замерзанием горячей и холодной воды может возникнуть эффект Мпембы. Он заключается в том, что горячая вода при некоторых условиях может замерзать быстрее, чем холодная. Названный в честь танганьикского школьника Эрасто Мпембы, эффект пока не получил достаточного научного объяснения, и учёные продолжают спорить, существует ли он на самом деле, пытаясь повторить оригинальные эксперименты школьника и профессора физики Дэнниса Осборна. В 2016 году, проведя свои наблюдения, британские учёные пришли к выводу, что горячая вода не остывает быстрее, чем холодная, то есть опровергли существование эффекта. Но уже в 2017 году их выводы подвергли сомнениям сразу две группы учёных: китайско-сингапурская и американская. Первые обнаружили, что в теории нагрев охлаждённой системы, далёкой от равновесия, должен занимать меньше времени, чем другой системы, которая была изначально ближе к равновесию, однако практической реализации своей теории не предоставили. Вторые спрогнозировали появление прямого и обратного парадокса Мпембы для некоторых сыпучих тел.

Помимо давления, на температуру кипения влияет количество примесей в воде. В горячую водопроводную воду добавляют различные химические соединения, чтобы защитить трубы от коррозии. Согласно второму закону Рауля, чем больше в растворе примесей, тем выше нужна температура для кипения. Мосводоканал заявляет, что жёсткость, то есть количество растворённых в воде солей, в Москве находится в пределах между 1,9 и 5,7 мг-экв/л. В первую очередь это соли магния и кальция. По требованиям Роспотребнадзора, допустимый предел жёсткости воды для централизованного водоснабжения — 7 мг-экв/л. Такое количество примесей на температуру кипения влияет крайне незначительно. Однако в электрочайнике, который редко очищают изнутри, имеется большой слой известкового налёта и оставшиеся от многочисленных предыдущих кипячений примеси в виде хлопьев — это количество может стать существенным. Именно поэтому производители советуют заливать в такие устройства или предварительно отфильтрованную воду, или регулярно их чистить. Они обращают внимание на то, что вода в чайнике с большим количеством отложений будет закипать медленнее, а сам прибор будет потреблять большее количество электроэнергии.

Поваренная соль, или хлорид натрия, также повышает температуру кипения воды, поэтому подсоленная вода будет кипеть при большей температуре, чем пресная. Каждые 29 г соли (примерно столовая ложка с горкой) на литр воды увеличивают температуру кипения на 0,5 °С. Однако если попробовать провести такой эксперимент дома, то результаты могут удивить. Плотность солёной воды выше, чем пресной, а теплоёмкость — немного ниже. То есть пузырьки, которые появляются перед самим процессом кипения, появятся вначале на дне кастрюли с подсоленной водой. Пресная же вода будет нагреваться равномерно, поэтому пузырьки появятся позже, но точка кипения будет достигнута быстрее. 

Таким образом, горячая вода закипает всё-таки быстрее, чем холодная, а пресная — быстрее, чем солёная. Однако для приготовления пищи разница между температурами кипения и скоростью закипания солёной и несолёной воды крайне незначительна — нужно будет добавить две столовые ложки с горкой соли, чтобы температура кипения увеличились всего на один градус. Что действительно может ускорить закипание воды, так это крышка, закрывающая кастрюлю: так тепло будет сохраняться внутри кастрюли, и вода закипит быстрее.

Изображение на обложке: Image by Three-shots from Pixabay

Заблуждение

Что означают наши вердикты?

Поделитесь с друзьями