Номер 42.18, страница 160 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 42. Испарение и конденсация. Кипение. Глава 6. Тепловые явления - номер 42.18, страница 160.

42.18 [1109] Почему самовар с раскалёнными углями не распаивается, когда в нём есть вода, и распаивается, когда воды в нём нет?

Решение

Это явление объясняется процессами теплопередачи и фазового перехода воды (кипения).

1. Когда в самоваре есть вода: Раскалённые угли, находящиеся в жаровой трубе, передают большое количество теплоты стенкам самовара. Вода, находящаяся в контакте с этими стенками, поглощает эту теплоту. Сначала вода нагревается до температуры кипения, которая при нормальном атмосферном давлении составляет $100^\circ\text{C}$.

После достижения этой температуры вся последующая подводимая теплота идёт не на дальнейшее повышение температуры воды, а на её испарение (превращение в пар). Этот процесс называется кипением. Пока в самоваре есть вода, её температура (и, следовательно, температура стенок самовара) не поднимется выше $100^\circ\text{C}$.

Самовар изготавливается из металла, а его части соединяются с помощью припоя (например, на основе олова), температура плавления которого значительно выше $100^\circ\text{C}$ (обычно в диапазоне $180-250^\circ\text{C}$). Поскольку кипящая вода эффективно отводит тепло и поддерживает температуру стенок на уровне, который намного ниже температуры плавления припоя, паяные швы остаются прочными, и самовар не распаивается.

2. Когда в самоваре нет воды: Если в самоваре нет воды, то отсутствует эффективный механизм отвода тепла от жаровой трубы. Теплота от углей беспрепятственно передаётся металлическим стенкам самовара. Их температура начинает быстро расти и за короткое время может достигнуть нескольких сотен градусов, легко превысив температуру плавления припоя. В результате припой плавится, паяные соединения нарушаются, и самовар распаивается (разваливается на части).

Ответ: Когда в самоваре есть вода, вся энергия от горящих углей расходуется на её кипение, которое происходит при постоянной температуре ($100^\circ\text{C}$). Эта температура недостаточна для плавления припоя, которым спаяны части самовара. Без воды температура стенок самовара быстро поднимается до сотен градусов, что приводит к плавлению припоя и разрушению конструкции.