Номер 2.19, страница 11 - гдз по физике 8 класс задачник Артеменков, Ломаченков

2.19 Можно ли в запаянном сосуде кипятить воду? Объясните свой ответ.

Решение

Кипение — это процесс интенсивного парообразования, который происходит не только с поверхности, но и по всему объему жидкости. Это явление начинается тогда, когда давление насыщенного пара жидкости становится равным внешнему давлению. В обычном открытом сосуде внешнее давление — это атмосферное давление.

При нагревании воды в герметично запаянном сосуде происходят следующие процессы. С повышением температуры вода начинает испаряться, в результате чего над ее поверхностью образуется водяной пар. Так как сосуд замкнут, пар не может выйти наружу, и его концентрация, а следовательно, и давление, начинают расти.

Ключевым моментом является то, что температура кипения любой жидкости зависит от давления над ее поверхностью: чем выше давление, тем выше температура кипения. В запаянном сосуде давление пара постоянно растет по мере нагрева. Это, в свою очередь, приводит к постоянному увеличению температуры, необходимой для начала кипения. Таким образом, вода нагревается, давление растет, и требуемая для кипения температура становится еще выше. Вода не может "догнать" свою постоянно растущую температуру кипения.

На практике попытка нагреть воду в запаянном сосуде является чрезвычайно опасной. Давление пара внутри может достичь огромных значений, значительно превышающих предел прочности стенок сосуда, что неизбежно приведет к взрыву.

Теоретически, если бы сосуд был абсолютно прочным, то при дальнейшем нагреве вода достигла бы своей критической точки (для воды это температура $T_{кр} \approx 374$ °C и давление $P_{кр} \approx 22.1$ МПа). В этой точке различие между жидкой и газообразной фазами исчезает, и вещество переходит в сверхкритическое состояние. Этот переход также не является кипением в привычном понимании.

Ответ: Нет, кипятить воду в запаянном сосуде нельзя. С физической точки зрения это невозможно, так как из-за роста давления пара будет непрерывно расти и сама температура кипения. С практической точки зрения это крайне опасно, так как создаваемое высокое давление пара приведет к взрыву сосуда.