Занимательно о кипении
Кипение – это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре. Для дальнейшего развития технологий в современном мире важным является понимание процесса кипения.
Заглянув под крышку кастрюли, стоящей на плите, мы вряд ли подумаем о том, какое значение для человека имеет процесс, происходящий внутри кастрюли. Конечно, мы не задумаемся о перспективных кипящих реакторах на АЭС, о компрессионных холодильных машинах, о способах плавления тугоплавких материалов или о приборах для стерилизации медицинских инструментов. Между тем, что же объединяет все эти разные физические тела и явления? Конечно, процесс кипения.
Кипение – это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре.
Для дальнейшего развития технологий в современном мире важным является понимание процесса кипения. Меня заинтересовали некоторые любопытные факты о процессе кипения, которые я узнал при изучении физики в 8 классе. Эти факты послужили основой для проведения собственного физического эксперимента.
Опыт №1. «Бумажная кастрюля»
Описание опыта представлено в учебном пособии авторов Марон А.Е., Марон Е.А., Позойский С.В. Сборник вопросов и задач к учебнику А.В. Перышкина. 8 кл. – М. : Дрофа, 2016, страница 9, задача №51.
«В бумажной коробке вскипятите воду. Почему бумажная коробка с водой не горит?»
Цель опыта: выяснить, можно ли нагреть (вскипятить воду) в бумажном сосуде.
Гипотеза: в бумажном сосуде можно нагревать воду.
Оборудование: бумажный стакан, штатив с муфтой и лапкой, спиртовка, спички, вода, подкрашенная перманганатом калия.
Ход проведения опыта
Я закрепил бумажный стакан в лапке штатива, влил в него около 100 мл воды, подкрашенной перманганатом калия (марганцовкой). Снизу поместил спиртовку, зажег ее и начал нагревать.
Результаты опыта
Вода комнатной температуры прогрелась до 65 °С, а бумажный стакан не сгорел. Вскипятить воду не удалось вследствие того, что закончился спирт, находившийся в спиртовке. Значит, моя гипотеза о том, что в бумажном сосуде можно нагреть воду, подтвердилась. Как объяснить результаты опыта?
Как мы знаем из учебника Перышкина А.В., вода при нормальном атмосферном давлении кипит при температуре 100°С (страница 55, Физика. 8 кл.: учебник для общеобразоват. учреждений / А.В. Перышкин.– М.: Дрофа, 2014.), бумага же воспламеняется при температуре около 230°С. Теплопроводность бумажного стакана низкая, а с внутренней стороны он контактирует с водой, которая охлаждает его.
Значит, вместо чайника можно в походе обойтись с помощью бумажных стаканов или пищевых бумажных упаковок. Туристу будет очень удобно.
Опыт №2 «Кипение воды при пониженном давлении»
Описание опыта представлено в учебном пособии автора Чеботаревой А.В. (Тесты по физике. 8 класс: к учебнику А.В. Перышкина «Физика 8 класс»/ А.В. Чеботарева. – М.: «Экзамен», 2014, страница 52).
«Под стеклянным колоколом насоса находятся колбы с водой, температура которой близка к 100 0С. Из-под одного колокола воздух начинают откачивать, другой соединен с атмосферой, а под третий его накачивают. Из-под какого колокола воздух откачивается? (приведен рисунок)»
Цель опыта: выяснить, может ли вода кипеть при температуре, ниже, чем 100 0С, и если может, то при каком условии.
Гипотеза: воду можно вскипятить при температуре, ниже чем 100°С.
Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, насос Комовского, стеклянная колба, пробка со стеклянной трубкой, подогретая в чайнике вода, прихватка.
Ход проведения опыта
Я закрепил колбу в лапке штатива. Подогрел в чайнике воду. Налил около 200 мл теплой воды в колбу, закрыл пробкой со стеклянной трубкой. Трубку присоединил к шлангу насоса. Начал откачивать воздух из колбы.
Результаты опыта
В результате вода закипела! Объяснение опыта находится на странице 55 нашего учебника по физике (Физика. 8 кл.: учебник для общеобразоват. учреждений / А.В. Перышкин.– М.: Дрофа, 2014.). Температура кипения жидкости зависит от давления, которое оказывается на поверхность жидкости. При кипении давление насыщенного пара внутри пузырьков превосходит внешнее давление. Если внешнее давление увеличивается, увеличивается и температура кипения. При уменьшении давления уменьшается и температура кипения жидкости.
Значит, моя гипотеза подтвердилась. При уменьшении внешнего давления мне удалось вскипятить теплую воду, не подогревая ее до 100°С.
Всем нам известно, что высоко в горах, где атмосферное давление понижено, вода кипит при температурах, меньших 100°С.
Опыт №3 «Некипящая вода?»
Описание опыта представлено в учебном пособии авторов Марон А.Е., Марон Е.А., Позойский С.В. Сборник вопросов и задач к учебнику А.В. Перышкина. 8 кл. – М. : Дрофа, 2016, страница 24, задача №199.
«В кипящую воду поместите небольшую кастрюлю, наполненную холодной водой. Почему вода в кастрюле не закипает?»
Цель опыта: выяснить,
Гипотеза: вода в небольшом сосуде, помещенная в кастрюлю с кипящей водой, тоже закипит.
Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, электрическая плитка, кастрюля емкостью 4 л с водой, стеклянная колба, вода, подкрашенная перманганатом калия, электронный термометр, прихватка.
Ход проведения опыта
Я вскипятил воду на электрической плитке. В стеклянную колбу налил около 150 мл подкрашенной воды и поместил ее в кипящую воду. Нагревал около 10 минут, вода в колбе не закипела даже при температуре внутри колбы около 100°С.
Результаты опыта
При кипени необходимо выполнить 2 условия: 1) нагреть жидкость до температуры кипения 2) обеспечить приток энергии. Как мы знаем из учебника п.1718, при кипении жидкости происходит поглощение энергии. В моем случае удалось нагреть воду в стеклянной колбе до температуры кипения, но поглощение энергии обеспечить не удалось, так как между водой в кастрюле и сосуде не происходил теплообмен: обе воды оказались нагреты до 100°С. Значит, моя гипотеза не подтвердилась.
Такой способ обработки продуктов, где одна кастрюля наполнена водой, а во второй поменьше находятся продукты, которые медленно готовятся благодаря кипящей воде, нам, конечно, знаком под названием «паровая баня».
Проведя опыты, я выяснил, что некоторые, казалось бы, невероятные факты легко объясняются при условии знаний особенностей процесса кипения. Процессы кипения имеют важное практическое значение в таких областях, как теплоэнергетика, атомная энергетика, медицина.
Источник
Кастрюлю с водой поместили
2017-12-09 
Будет ли кипеть пода и кастрюле, которая плавает в другой кастрюле с кипящей водой? Можно ли расплавить свинец в воде?
Очевидно, вода в плавающей кастрюле нагревается до кипения. Однако это еще не означает, что она закипит: ведь для того, чтобы жидкость, достигшая температуры кипения, и в самом деле закипела, необходим дальнейший подвод теплоты к этой жидкости. Вода в большой кастрюле получает необходимое количество теплоты от нагревателя; вода же в плавающей кастрюле может получать тепло лишь от воды в большой кастрюле. Однако при достижении температуры кипения теплообмен между жидкостями прекращается, поскольку их температуры становятся одинаковыми! Поэтому вода в плавающей кастрюле кипеть не будет.
Расплавить свинец в воде на первый взгляд — нельзя: ведь температура плавления свинца $t_ <1>=327^< \circ>$ намного превосходит температуру кипения воды $t_ <2>= 100^< \circ>$. Однако вода кипит при $100^< \circ>$ лишь при нормальном атмосферном давлении! Повышая внешнее давление, можно нагревать воду без кипения намного выше $100^< \circ>$, а именно до так называемой критической температуры $t_ <3>= 374^< \circ>$. Поскольку $t_ <1>< t_<3>$, свинец расплавить в воде можно! Для этого нужно только нагревать оба вещества в герметично закрытом сосуде. Однако стенки сосуда должны выдерживать очень высокое давление, создаваемое насыщенными парами воды при высокой температуре.
Источник
