Номер 9.30, страница 52 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 9. Домашние экспериментальные задания - номер 9.30, страница 52.

Условие.

9.30. Доведите воду в колбе до кипения и плотно закройте колбу. Когда вода немного остынет, переверните колбу и начните поливать дно колбы холодной водой. Вода в колбе снова закипит, хотя ее температура существенно ниже $100^{\circ}C$ (рис. 31). Объясните этот опыт.

Рис. 31

Решение.

Решение

Этот опыт наглядно демонстрирует зависимость температуры кипения жидкости от внешнего давления.

1. В начальный момент, когда вода доводится до кипения в открытой колбе, образующийся водяной пар вытесняет большую часть воздуха. Когда колбу плотно закрывают, пространство над водой оказывается заполненным преимущественно насыщенным водяным паром при температуре, близкой к 100 °С, и давлении, близком к атмосферному.

2. После того как колбу переворачивают и начинают поливать холодной водой, ее стенки охлаждаются. Находящийся внутри горячий водяной пар, соприкасаясь с холодными стенками, быстро конденсируется — превращается обратно в жидкость.

3. Процесс конденсации приводит к резкому уменьшению количества молекул газа в замкнутом пространстве над водой. Это вызывает значительное падение давления внутри колбы, оно становится существенно ниже атмосферного.

4. Как известно, кипение — это процесс парообразования, который происходит по всему объему жидкости при определенной температуре. Эта температура, называемая температурой кипения, достигается, когда давление насыщенного пара жидкости становится равным внешнему давлению над ее поверхностью. Поскольку давление внутри колбы сильно упало, то и температура, при которой давление насыщенного пара воды сравняется с этим новым, низким давлением, также становится значительно ниже 100 °С. Вода, хоть и успела немного остыть, все еще имеет температуру, превышающую эту новую температуру кипения, и поэтому она снова начинает бурно кипеть.

Ответ: Вода в колбе закипает снова, так как полив колбы холодной водой вызывает конденсацию находящегося в ней водяного пара. Это приводит к резкому падению давления внутри колбы. Температура кипения жидкости зависит от давления: чем ниже давление, тем ниже температура кипения. В результате вода, остывшая до температуры ниже 100 °С, оказывается при давлении, для которого ее температура выше точки кипения, и она снова закипает.