Номер 1, страница 243, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

1. Где быстрее закипает вода — в открытом или в закрытом сосуде?

1. Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться в процессе кипения и факторах, на него влияющих.

Кипение — это процесс интенсивного парообразования, который происходит во всем объеме жидкости при достижении определенной температуры, называемой температурой кипения. Эта температура, в свою очередь, напрямую зависит от внешнего давления: чем выше давление, тем выше и температура кипения.

Рассмотрим оба случая:

Открытый сосуд:

В открытом сосуде, например, в кастрюле без крышки, давление на поверхность воды равно атмосферному. При нормальных условиях вода закипает при температуре $100^{\circ}С$. В процессе нагрева происходит постоянное испарение воды с открытой поверхности. Этот процесс, а также конвекция воздуха, приводят к значительным потерям тепла. Таким образом, часть подводимой энергии расходуется не на нагрев воды, а на компенсацию этих теплопотерь.

Закрытый сосуд:

В закрытом сосуде, то есть в кастрюле, накрытой крышкой, ситуация иная. Здесь крышка играет ключевую роль:

1. Уменьшение теплопотерь. Крышка препятствует свободному испарению и конвективному теплообмену с окружающим воздухом. Образующийся пар скапливается под крышкой, конденсируется на ней и стекает обратно в воду, возвращая так называемую "скрытую теплоту парообразования". Это резко сокращает потери тепла, и почти вся подводимая энергия идет непосредственно на нагрев воды, ускоряя рост ее температуры.

2. Незначительное повышение давления. Пар под крышкой создает дополнительное давление на поверхность воды, которое немного превышает атмосферное. Из-за этого температура кипения также незначительно повышается (например, до $100.5^{\circ}С$).

Сравнение и вывод:

Хотя в закрытом сосуде воде нужно достичь чуть более высокой температуры для закипания, скорость ее нагрева оказывается гораздо выше из-за существенного уменьшения потерь тепла. Эффект сохранения тепла является доминирующим фактором. В результате общее время, необходимое для достижения состояния кипения, в закрытом сосуде будет меньше.

Важно отметить, что под "закрытым сосудом" в данном вопросе обычно понимается кастрюля с крышкой, а не герметично закрытый сосуд типа скороварки. В скороварке давление возрастает очень сильно, что приводит к значительному увеличению температуры кипения (до $120^{\circ}С$ и выше). В ней вода закипит (то есть достигнет температуры кипения) позже, но высокая температура позволяет готовить пищу намного быстрее.

Ответ: Вода быстрее закипает в закрытом сосуде. Это происходит потому, что крышка значительно уменьшает потери тепла, связанные с испарением и конвекцией. В результате вода нагревается до температуры кипения за более короткое время, несмотря на то, что сама температура кипения в закрытом сосуде будет незначительно выше из-за возросшего давления.