Номер 9.25, страница 51 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 9. Домашние экспериментальные задания - номер 9.25, страница 51.

Условие.

9.25. Возьмите большую кастрюлю с водой. Поместите в нее маленькую кастрюльку с водой так, чтобы она плавала, не касаясь дна большой кастрюли. Поставьте их на плиту и начните нагревать. Что будет с водой в маленькой кастрюле во время кипения воды в большой кастрюле? Почему? Бросьте в большую кастрюлю горсть соли. Что произойдет после этого с водой в маленькой кастрюле? Объясните наблюдаемые явления.

Решение.

Что будет с водой в маленькой кастрюле во время кипения воды в большой кастрюле? Почему?

Когда вода в большой кастрюле начнет кипеть, ее температура установится на отметке $100^\circ\text{С}$ (при нормальном атмосферном давлении) и будет оставаться постоянной в течение всего процесса кипения. Маленькая кастрюлька с водой, плавающая в большой, будет получать тепло от окружающей ее кипящей воды. В результате вода в маленькой кастрюле также нагреется до температуры $100^\circ\text{С}$.

Однако, несмотря на достижение температуры кипения, вода в маленькой кастрюле кипеть не будет. Процесс кипения (парообразование во всем объеме жидкости) требует постоянного подвода энергии, называемой теплотой парообразования. Теплопередача же возможна только при наличии разности температур. Поскольку температура воды в обеих кастрюлях станет одинаковой ($100^\circ\text{С}$), тепловой поток от большой кастрюли к маленькой прекратится. Большая кастрюля продолжает получать тепло от плиты, что поддерживает кипение в ней, но это тепло уже не передается воде в маленькой кастрюле.

Ответ: Вода в маленькой кастрюле нагреется до температуры кипения ($100^\circ\text{С}$), но кипеть не будет, так как для кипения необходим постоянный подвод теплоты, а он прекратится, как только температуры воды в обеих кастрюлях сравняются.

Что произойдет после этого с водой в маленькой кастрюле? Объясните наблюдаемые явления.

После добавления горсти соли в большую кастрюлю, мы получим соленый раствор. Температура кипения раствора нелетучего вещества (каким является соль) всегда выше, чем у чистого растворителя. Следовательно, соленая вода в большой кастрюле будет кипеть при температуре выше $100^\circ\text{С}$. Точное значение будет зависеть от концентрации соли.

Теперь возникает новая ситуация: маленькая кастрюля с чистой водой (температура кипения которой по-прежнему $100^\circ\text{С}$) находится в среде (соленом растворе), температура которой выше $100^\circ\text{С}$. Появляется разность температур между водой в большой и маленькой кастрюлях.

Из-за этой разности температур начнется интенсивная теплопередача от более горячего соленого раствора к воде в маленькой кастрюле. Эта поступающая энергия и будет той самой теплотой парообразования, которой не хватало в первом случае. Вода в маленькой кастрюле, уже находясь при температуре $100^\circ\text{С}$, получит необходимую энергию и начнет кипеть.

Ответ: После добавления соли в большую кастрюлю вода в маленькой кастрюле закипит. Это произойдет потому, что температура кипения соленой воды выше $100^\circ\text{С}$. Возникнет разность температур между кипящим раствором в большой кастрюле и чистой водой в маленькой, что обеспечит непрерывную передачу тепла, необходимого для кипения чистой воды.