Номер 9.28, страница 51 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 9. Домашние экспериментальные задания - номер 9.28, страница 51.

Условие.

9.28. На «подошву» перевернутого утюга, расположенную горизонтально и прогретую примерно до 300 °C, «уроните» маленькую каплю воды. Капля, упав на утюг, отскочит от него, как мячик, а затем будет двигаться, не касаясь нагретой поверхности. Пронаблюдайте и объясните поведение капли воды.

Решение.

Решение

Описанное поведение капли воды является проявлением эффекта Лейденфроста. Этот эффект наблюдается, когда жидкость контактирует с поверхностью, температура которой значительно превышает точку кипения данной жидкости.

Когда капля воды, имеющая температуру кипения 100 °C, попадает на поверхность утюга, нагретую до 300 °C, происходит следующее:

1. Нижний слой воды в капле, находящийся в непосредственном контакте с раскаленной поверхностью, мгновенно испаряется, превращаясь в пар.

2. Этот быстро образовавшийся слой пара (паровая подушка) создает давление, которое приподнимает оставшуюся часть капли над горячей поверхностью. Именно это давление заставляет каплю «отскочить» при падении.

3. Паровая подушка обладает очень низкой теплопроводностью. Она действует как теплоизолятор, который резко замедляет процесс передачи тепла от горячего утюга к жидкой капле. Благодаря этому капля испаряется гораздо дольше, чем если бы она кипела при прямом контакте с поверхностью.

4. Левитируя на этой паровой подушке, капля практически не испытывает трения о поверхность. Поэтому она может свободно и быстро скользить по подошве утюга под действием малейших воздушных потоков или из-за реактивной силы неравномерно выходящего из-под нее пара.

Таким образом, капля не касается раскаленной поверхности напрямую, а парит над ней на слое собственного пара, что и объясняет её «поведение мячика» и долгое существование.

Ответ: Это явление называется эффектом Лейденфроста. При контакте с поверхностью, температура которой (300 °C) намного выше температуры кипения воды (100 °C), нижний слой капли мгновенно превращается в пар. Образуется паровая подушка, которая приподнимает каплю над горячей поверхностью и изолирует её, замедляя дальнейшее испарение. Давление пара заставляет каплю «отскочить» и затем скользить (левитировать) над поверхностью практически без трения.