Номер 42.12, страница 159 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 42. Испарение и конденсация. Кипение. Глава 6. Тепловые явления - номер 42.12, страница 159.

42.12 [н] Почему кипение воды сопровождается шумом?

42.12 [H]

Шум, который мы слышим при кипении воды, возникает из-за сложных физических процессов, связанных с образованием и поведением пузырьков пара. Процесс можно разделить на несколько этапов:

1. Начальный нагрев и образование пузырьков. Нагрев обычно происходит снизу, поэтому самые горячие слои воды находятся у дна и стенок сосуда. В этих местах, на микроскопических неровностях поверхности (центрах парообразования), начинают формироваться первые пузырьки водяного пара. Температура в этих точках уже достигла или превысила температуру кипения.
2. Подъем и коллапс (схлопывание) пузырьков. Образовавшиеся у дна пузырьки пара имеют меньшую плотность, чем окружающая вода, и под действием силы Архимеда начинают всплывать. Однако верхние слои воды еще не прогрелись до температуры кипения и остаются более холодными. Когда горячий пузырек пара попадает в холодный слой воды, пар внутри него быстро конденсируется, снова превращаясь в жидкую воду.
3. Генерация звука. Процесс конденсации приводит к резкому уменьшению объема. Объем, занимаемый паром, примерно в 1700 раз больше объема того же количества вещества в жидком состоянии (при атмосферном давлении). Из-за этого пузырек не просто сжимается, а практически мгновенно схлопывается (происходит имплозия). Это резкое схлопывание создает ударную волну в окружающей воде. Множество таких микровзрывов, происходящих одновременно по всему объему воды, который еще не достиг температуры кипения, и создают характерный шипящий и потрескивающий шум.
4. Бурное кипение. Когда вся масса воды прогревается до температуры кипения, пузырьки пара перестают схлопываться на пути к поверхности. Они достигают ее, лопаются и выпускают пар в атмосферу. На этой стадии шум меняется, становясь более глухим и бурлящим. Этот звук создается уже не схлопыванием, а колебаниями и лопанием крупных пузырей на поверхности.

Таким образом, основной шум, который мы ассоциируем с закипанием, создается именно на стадии, предшествующей бурному кипению, из-за быстрой конденсации и схлопывания пузырьков пара в более холодных слоях воды.

Ответ: Шум при кипении воды возникает в основном из-за процесса схлопывания (имплозии) пузырьков водяного пара. Эти пузырьки образуются у горячего дна сосуда и, поднимаясь в более холодные верхние слои воды, резко конденсируются, превращаясь обратно в жидкость. Мгновенное уменьшение объема пузырька создает ударную волну в воде, и совокупность множества таких микровзрывов воспринимается как шум.