Лед, не тающий в кипятке.
Возьмите пробирку, наполните водой, погрузите в нее кусочек льда, а чтобы он не всплыл вверх (лед легче воды), придавите его свинцовой пулей, медным грузиком и т. п.; при этом, однако, вода должна иметь свободный доступ ко льду. Теперь приблизьте пробирку к спиртовой лампочке так, чтобы пламя лизало лишь верхнюю часть пробирки (рис. 81).
Вскоре вода начинает кипеть, выделяя клубы пара. Но странная вещь: лед на дне пробирки не тает! Мы имеем перед собой словно маленькое чудо: лед, не тающий в кипящей воде.
Рис. 81. Вода в верхней части кипит, между тем лед внизу не тает.
Разгадка кроется в том, что на дне пробирки вода вовсе не кипит, а остается холодной; она кипит только вверху. У нас не “лед в кипятке”, а “лед под кипятком”. Расширяясь от тепла, вода становится легче и не опускается на дно, а остается в верхней части пробирки.
Течения теплой воды и перемешивание слоев будут происходить лишь в верхней части пробирки и не захватят нижних более плотных слоев. Нагревание может передаваться вниз лишь путем теплопроводности, но теплопроводность воды чрезвычайно мала.
На лед или под лед?
Желая нагреть воду, мы помещаем сосуд с водой над пламенем, а не сбоку от него. И поступаем вполне правильно, так как воздух, нагреваемый пламенем, становится более легким, вытесняется со всех сторон кверху и обтекает наш сосуд.
Следовательно, помещая нагреваемое тело над пламенем, мы используем теплоту источника самым выгодным образом.
Но как поступить, если мы хотим, напротив, охладить какое-либо тело с помощью льда? Многие, по привычке, помещают тело над льдом, — ставят, например, кувшин молока поверх льда. Это нецелесообразно: ведь воздух над льдом, охладившись, опускается вниз и заменяется окружающим теплым воздухом. Отсюда практический вывод: если хотите остудить напиток или кушанье, помещайте его не на лед, а под лед.
Поясним подробнее. Если поставить сосуд с водой на лед, то охладится лишь самый нижний слой жидкости, остальная же часть будет окружена неохлажденным воздухом.
Напротив, если положить кусок льда поверх крышки сосуда, то охлаждение его содержимого пойдет быстрее. Охлажденные верхние слои жидкости будут опускаться, заменяясь теплой жидкостью, поднимающейся снизу, пока не охладится вся жидкость в сосуде.
Чистая вода охлаждается при этом не до 0°, а только до температуры 4°С, при которой она имеет наибольшую плотность. Но на практике и не встречается надобности охлаждать напитки до нуля. С другой стороны, охлажденный воздух вокруг льда также будет опускаться вниз и окружит собой сосуд.
Знаете ли вы?
. немного о магнитах
. Древнейшие сведения об использовании железа в качестве компаса содержатся в китайских летописях, составленных более трех тысячелетий назад. Название же «магнит», как свидетельствует древнегреческий философ Платон, ввел почти за пятьсот лет до новой эры автор знаменитых трагедий Еврипид.
Источник
Как вскипятить воду с помощью льда?
Думаешь, воду можно вскипятить только в чайнике? Ошибаешься! Выполнив следующий эксперимент, ты сможешь сделать это с помощью льда!
Что потребуется : стеклянная бутылка с закручивающейся пробкой объёмом 0,5 литра, стеклянная банка объёмом 1 литр, ёмкость из огнеупорного стекла с водой, плита, кухонные прихваты, вода.
Опыт
Наполни пустую стеклянную бутылку водой на одну треть. Включи плиту, поставь на зажжённую конфорку ёмкость из огнеупорного стекла с водой. Помести в неё бутылку. Дождись, когда вода в бутылке закипит. Как только это произойдёт, надень кухонные прихваты и достань бутылку. Не забудь выключить плиту!
Поставь бутылку с нагретой водой на стол, подожди 1 0 секунд, чтобы она немного остыла. Прихваты не снимай!
Завинти крышку, переверни бутылку и помести её в банку так, чтобы дно располагалась строго горизонтально. Сейчас всё готово для того, чтобы продолжить кипение воды, но уже с помощью охлаждения! Для этого на дно перевёрнутой бутылки положи кубики льда и немного подожди.
Результат
Спустя несколько секунд вода в бутылке действительно закипела, словно кто-то невидимый нагрел сосуд. В чём секрет этого чуда?
Объяснение
На самом деле в нагревании воды с помощью льда нет ничего необычного. При кипении жидкости образуется пар. Бутылка закрыта крышкой, поэтому пар не может выйти наружу. Когда ты поместил лёд на дно бутылки, пар охладился и начал превращаться в жидкость. Пар занимал больший объём, чем образовавшаяся жидкость, поэтому давление внутри бутылки падает. Известно, что температура кипения зависит от давления. При нормальном давлении вода кипит при температуре +100 °C, при пониженном (например в горах) – при +80 °C и даже +60 °C! Превращение пара в жидкость понизило давление внутри бутылки, и той температуры, до которой остыла вода, стало достаточно для её кипения!
Самоходные стаканчики
Механика – это раздел физики, который изучает движение тел. Скучно и не интересно? Выполни опыт, описанный ниже, чтобы убедиться в обратном!
Что потребуется : два бумажных стаканчика с крышками, широкий скотч, три тонких резиновых кольца длиной 7–8 сантиметров, трубочка для коктейлей, скрепка, ножницы, карандаш, металлическая шайба диаметром 0,5 сантиметра, крупная бусина, монета номиналом 1 рубль.
Опыт
Переверни стаканчики, на донышках ровно посередине обведи монету. По нарисованным контурам вырежи отверстия. Соедини стаканчики донышками друг с другом и обмотай их широким скотчем. Вставь карандаш в отверстия каждой крышки, чтобы сделать их шире. Достань карандаш.
Возьми два резиновых кольца. В первое продень второе. Правый конец продетого кольца пропусти через левый и затяни. Таким же способом соедини второе кольцо с третьим. У тебя должна получиться длинная резинка с двумя узлами, как на рисунке. Закрой стаканчики крышками, опусти резинку в отверстие первой крышки – она пройдёт сквозь соединённые стаканчики – и вытяни через отверстие второй крышки. С одной стороны зацепи за резинку канцелярскую скрепку, с другой – протяни резинку через шайбу, затем – бусину. Бусина должна быть достаточно крупной, чтобы шайба не спадала. В получившуюся резиновую петельку вставь коктейльную трубочку. Вращай трубочку по часовой стрелке, чтобы закрутить резинку. Положи полученную конструкцию на плоскую горизонтальную поверхность. Наблюдай за тем, что происходит.
Результат
После того как ты закрутил резинку и положил конструкцию на плоскую поверхность, она пришла в движение. Интересно, почему?
Объяснение
Кольцо, которое ты закрутил с помощью трубочки, деформируется – растягивается и наматывается само на себя. В таком кольце заключена энергия, которой можно воспользоваться в будущем. Когда ты кладёшь конструкцию на плоскую поверхность и отпускаешь трубочку, резиновое кольцо начинает разматываться – устройство движется. Его приводит в движение смещение бусины, которое перемещает центр тяжести всей конструкции.
Дата добавления: 2019-02-12 ; просмотров: 626 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник
Кусочек льда над кипящей водой
2016-09-08 
На раскалённой плите стоит сосуд с кипящей водой (температура $t_ <к>= 100^< \circ>C$), начальная масса которой равна $m_<0>$. Вода испаряется, а часть пара конденсируется на куске льда, расположенном над сосудом, и стекает обратно. Начальная масса льда $m$, а его начальная температура $t_ <0>=0^< \circ>C$. Когда весь лёд растаял, масса воды в сосуде оказалась равной $m_<1>$. Какая доля $\omega$ от всего пара конденсировалась на куске льда? Какое количество теплоты $Q$: было передано от плиты к сосуду? Доля конденсирующегося пара всё время постоянна. Удельная теплоёмкость воды равна $C$, удельная теплота плавления льда $\lambda$, удельная теплота парообразования воды $r$. Контактным теплообменом воды и льда с окружающей средой пренебречь.
Найдём долю сконденсированного пара. Пусть $\Delta m$ — масса воды, испарившейся из сосуда. При этом масса пара $\omega \Delta m$ сконденсировалась на куске льда и стекла затем вниз вместе с талой водой, получившейся при таянии льда. Следовательно, $m_ <1>= m_ <0>+ m — \Delta n + \omega \Delta m$, и $\Delta m = \frac
$(r + C t_<к>) \omega \Delta m = (r + Ct_<к>)(m_ <0>+ m — m_<1>) \frac< \omega>< 1 - \omega>$,
а лёд получает количество теплоты $\lambda m$. Отсюда
Переданное от плиты к сосуду количество теплоты пошло на превращение в пар массы воды $(1 — \omega) \Delta m = m_ <0>+ m — m_<1>$, которая не сконденсировалась, а также на плавление льда массой $m$ нагревание талой воды от температуры плавления до температуры кипения. Поэтому $Q = r(m_ <0>— m_ <1>+ m) + \lambda m + Cmt_<к>$.
Источник
5 аномальных фактов о воде
Несмотря на простую химическую формулу, вода — вещество с очень необычными свойствами. Она таит в себе множество загадок, которые порой не под силу разгадать даже ученым.
Перед вами пять наиболее интересных фактов о воде.
1. Горячая вода замерзает быстрее холодной
Возьмем две емкости с водой: в одну нальем горячую, а в другую — холодную воду, и поместим их в морозильную камеру. Горячая вода замерзнет быстрее холодной, хотя по логике вещей, первой должна была превратиться в лед холодная вода: ведь горячей воде надо сначала остыть до температуры холодной, а потом уже превращаться в лед, в то время как холодной воде остывать не надо.
Почему же так происходит?
В 1963 году один танзанский студент по имени Эрасто Б. Мпемба (Erasto B. Mpemba) замораживая приготовленную смесь для мороженого, заметил, что горячая смесь застывает в морозильной камере быстрее, чем холодная. Когда юноша поделился своим открытием с учителем физики, тот лишь посмеялся над ним.
К счастью, ученик оказался настойчивым и убедил учителя провести эксперимент, который и подтвердил его открытие: в определенных условиях горячая вода действительно замерзает быстрее холодной.
Теперь этот феномен горячей воды, замерзающей быстрее холодной, носит название «эффект Мпемба». Правда, за долго до него это уникальное свойство воды было отмечено Аристотелем, Фрэнсисом Бэконом и Рене Декартом.
Ученые так до конца и не понимают природу этого явления, объясняя его либо разницей в переохлаждении, испарении, образовании льда, конвекции, либо воздействием разжиженных газов на горячую и холодную воду.
2. Сверхохлаждение и «мгновенное» замерзание
Все знают, что вода всегда превращается в лед при охлаждении до 0 °C … за исключением некоторых случаев! Таким случаем, например, является сверхохлаждение, которое представляет собой свойство очень чистой воды оставаться жидкой, даже будучи охлажденной до температуры ниже точки замерзания.
Это явление становится возможным благодаря тому, что окружающая среда не содержит центров или ядер кристаллизации, которые могли бы спровоцировать образование кристаллов льда. И поэтому вода остается в жидкой форме, даже будучи охлажденной до температуры ниже нуля градусов по Цельсию.
Процесс кристаллизации может быть спровоцирован, например, пузырьками газа, примесями (загрязнениями), неровной поверхностью емкости. Без них вода будет оставаться в жидком состоянии. Когда процесс кристаллизации запускается, можно наблюдать, как сверхохлажденная вода моментально превращается в лед.
Заметьте, что «сверхнагретая» вода также остается жидкой, даже будучи нагретой до температуры выше точки закипания.
3. «Стеклянная» вода
Не задумываясь, назовите, сколько различных состояний есть у воды? Если вы ответили три: твердое, жидкое, газообразное, то вы ошиблись. Ученые выделяют как минимум 5 различных состояний воды в жидком виде и 14 состояний в замерзшем виде.
Помните разговор про сверхохлажденную воду? Так вот, что бы вы ни делали, при температуре -38 °C даже самая чистая сверхохлажденная вода внезапно превратится в лед.
Что же произойдет при дальнейшем понижении температуры?
При -120 °C с водой начинает происходить что-то странное: она становится сверхвязкой или тягучей, как патока, а при температуре ниже -135 °C она превращается в «стеклянную» или «стекловидную» воду – твердое вещество, в котором отсутствует кристаллическая структура.
4. Квантовые свойства воды
На молекулярном уровне вода удивляет ещё больше. В 1995 году проводимый учеными эксперимент по рассеянию нейтронов дал неожиданный результат: физики обнаружили, что нейтроны, направленные на молекулы воды, «видят» на 25% меньше протонов водорода, чем ожидалось.
Оказалось, что на скорости одной аттосекунды (10 -18 секунд) имеет место необычный квантовый эффект, и химическая формула воды вместо H2O, становится H1.5O!
5. Есть ли у воды память?
Альтернативная официальной медицине гомеопатия утверждает, что разбавленный раствор лекарственного препарата может оказывать лечебный эффект на организм, даже если коэффициент разбавления настолько велик, что в растворе уже не осталось ничего, кроме молекул воды.
Сторонники гомеопатии объясняют этот парадокс концепцией под названием «память воды», согласно которой вода на молекулярном уровне обладает «памятью» о веществе, некогда в ней растворенном и сохраняет свойства раствора первоначальной концентрации после того, как в нём не остается ни одной молекулы ингредиента.
Международная группа ученых во главе с профессором Мэдлин Эннис (Madeleine Ennis) из Королевского университета в Белфасте (Queen’s University of Belfast), критиковавшая принципы гомеопатии, в 2002 году провела эксперимент, чтобы раз и навсегда опровергнуть эту концепцию.
Результат оказался обратным. После чего, ученые заявили, что им удалось доказать реальность эффекта «памяти воды». Однако опыты, проведенные под наблюдением независимых экспертов, результатов не принесли. Споры о существовании феномена «памяти воды» продолжаются.
Вода обладает множеством других необычных свойств, о которых мы не рассказали в этой статье. Например, плотность воды меняется в зависимости от температуры (плотность льда меньше плотности воды); вода обладает довольно большой величиной поверхностного натяжения; в жидком состоянии вода представляет собой сложную и динамически меняющуюся сеть из водных кластеров, и именно поведение кластеров влияет на структуру воды и т.д.
Источник
