Почему ожоги от стоградусного водяного пара сильнее, чем от кипятка?

Чтобы понять, почему ожоги от стоградусного водяного пара сильнее, чем от кипятка, нужно рассмотреть процессы, связанные с передачей тепла и фазовыми переходами, происходящие при контакте пара и кипятка с кожей.

1. Температура и теплота: Температура кипящей воды и водяного пара, находящегося в равновесии с водой, одинакова — 100°C (при нормальном атмосферном давлении). Однако, несмотря на равенство температуры, количество энергии, которое они могут передать, различается.

2. Скрытая теплота парообразования:

   • Когда жидкость превращается в пар (процесс кипения), она поглощает большое количество энергии, называемое скрытой теплотой парообразования. Для воды при нормальном атмосферном давлении эта величина составляет примерно 2260 Дж/г.
   • Это означает, что каждый грамм водяного пара при конденсации на поверхности (например, на коже) отдаёт 2260 Дж тепловой энергии, помимо энергии, связанной с его охлаждением до температуры кожи.

3. Энергия при контакте кипятка с кожей: Когда кипяток (вода при 100°C) попадает на кожу, он начинает отдавать свою тепловую энергию, теплоёмкость которой определяется формулой $ Q = cm\Delta T $, где $ c $ — удельная теплоёмкость воды (приблизительно 4.18 Дж/(г·°C)). Вода остывает до температуры кожи, отдавая это тепло. Однако при этом в процессе не происходит фазового перехода, так что общая переданная энергия ограничена охлаждением воды.

4. Энергия при контакте водяного пара с кожей: Когда водяной пар соприкасается с кожей, он сначала конденсируется, превращаясь из газообразного состояния в жидкость. При этом выделяется скрытая теплота конденсации, равная скрытой теплоте парообразования (2260 Дж/г). Затем образовавшаяся вода также отдаёт тепло, остывая до температуры кожи. Таким образом, водяной пар передаёт значительно больше энергии: сначала за счёт фазового перехода (пар → вода), а затем за счёт охлаждения уже образовавшейся воды.

5. Итоговое сравнение:

   • Кипяток (вода при 100°C) передаёт тепло только за счёт своего охлаждения до температуры кожи.
   • Водяной пар при 100°C передаёт тепло в два этапа: сначала за счёт выделения скрытой теплоты конденсации при переходе в жидкость, а затем за счёт охлаждения этой жидкости. Это многократно увеличивает общее количество переданной энергии.

6. Практическое следствие: Водяной пар при 100°C наносит более сильные ожоги, потому что передаёт коже значительно больше тепловой энергии за счёт скрытой теплоты конденсации. Это делает ожоги от пара более глубокими и тяжёлыми по сравнению с ожогами от кипятка.