Номер 9.27, страница 51 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 9. Домашние экспериментальные задания - номер 9.27, страница 51.

Условие.

9.27. Поставьте кастрюлю с водой на включенную плиту. Какие звуки возникают в процессе нагревания и закипания воды? Объясните наблюдаемые явления.

Решение.

Процесс нагревания и закипания воды в кастрюле сопровождается последовательной сменой звуков, что объясняется различными физическими явлениями, происходящими в воде на каждом этапе.

1. Начальный этап нагревания

Сразу после того, как кастрюлю поставили на плиту, процесс нагрева происходит практически бесшумно. Тепло от плиты передается дну кастрюли и нижним слоям воды. За счет явления конвекции более теплая и, следовательно, менее плотная вода у дна поднимается вверх, а ее место занимают более холодные и плотные верхние слои. На этой стадии могут появляться мелкие пузырьки на дне и стенках кастрюли. Это не пар, а растворенные в воде газы (например, воздух), которые выделяются из жидкости, так как их растворимость падает с повышением температуры. Этот процесс не создает заметного шума.

2. Предзакипание (появление шума)

По мере дальнейшего нагрева температура у дна кастрюли достигает точки кипения ($100^{\circ}C$ при нормальном атмосферном давлении), в то время как основная масса воды в верхних слоях еще не прогрелась до этой температуры. У горячего дна начинают интенсивно образовываться пузырьки водяного пара. Будучи легче воды, они отрываются и начинают всплывать. Однако, попадая в более холодные верхние слои, пар внутри них быстро конденсируется, превращаясь обратно в воду. Из-за этого пузырьки резко схлопываются (происходит имплозия). Множество таких микровзрывов создают в воде ударные волны, которые мы воспринимаем как нарастающий, довольно громкий шум, похожий на шипение или гул. Это самый шумный этап перед началом бурного кипения.

3. Активное кипение

Когда вся масса воды прогревается до температуры кипения, условия меняются. Теперь пузырьки пара, образующиеся у дна, при подъеме не попадают в холодную среду и не схлопываются. Они беспрепятственно поднимаются к поверхности, часто увеличиваясь в размерах по пути. Достигнув поверхности, пузырьки лопаются, выпуская пар в атмосферу. Шум на этой стадии меняет свой характер: он становится менее громким, чем на предыдущем этапе, и превращается в характерное бульканье. Этот звук создается в основном за счет колебаний поверхности воды и процесса разрушения пузырей.

Ответ:При нагревании и закипании воды звуки последовательно меняются: сначала процесс идет бесшумно, затем появляется нарастающий гул (шипение), который при закипании сменяется более тихим бульканьем. Эти явления объясняются следующим:
1. Бесшумный этап связан с конвекцией и медленным выделением растворенных в воде газов.
2. Громкий шум перед закипанием возникает из-за образования пузырьков пара у горячего дна и их последующего быстрого схлопывания (конденсации) в более холодных верхних слоях воды.
3. Бульканье во время кипения создается пузырьками пара, которые достигают поверхности воды и лопаются, так как вся вода уже прогрета до температуры кипения.