Номер 16, страница 19 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-8. Испарение и конденсация. Влажность воздуха. Кипение - номер 16, страница 19.

Условие.

16. Почему иногда крышка чайника, в котором кипит вода, подпрыгивает, а иногда нет?

Решение.

Это явление объясняется давлением водяного пара, который образуется при кипении воды.

Почему крышка подпрыгивает:

Когда вода кипит, она активно превращается в пар. Объем пара во много раз превышает объем воды, из которой он образовался. Этот пар скапливается под крышкой чайника, создавая внутри избыточное давление. Сила давления пара, действующая на крышку изнутри, в какой-то момент становится достаточной, чтобы преодолеть сумму силы тяжести крышки и силы внешнего атмосферного давления. Формально, условие для подъема крышки можно записать так: $F_{пара} > F_{тяжести} + F_{атмосферы}$. Когда крышка приподнимается, часть пара выходит, давление внутри падает, и крышка опускается обратно. Если кипение продолжается достаточно интенсивно, этот процесс циклически повторяется, заставляя крышку подпрыгивать.

Почему крышка иногда не подпрыгивает:

Крышка не подпрыгивает, если образующийся пар успевает выходить из чайника другими путями, не создавая значительного избыточного давления. Основных причин для этого несколько:

1. Наличие носика: У большинства чайников есть носик, через который пар может свободно выходить. Если интенсивность кипения не слишком высока (нагрев слабый), то весь пар успевает выйти через носик, и давление под крышкой не растет.

2. Отверстие в крышке: Многие крышки имеют специальное небольшое отверстие, предназначенное именно для стравливания избыточного пара. Это также предотвращает рост давления.

3. Неплотное прилегание крышки: Если крышка прилегает к корпусу чайника неплотно, пар может выходить через образующиеся щели.

Таким образом, будет ли крышка подпрыгивать, зависит от соотношения между скоростью образования пара (которая определяется мощностью нагревателя) и пропускной способностью всех отверстий (носика, специальных отверстий, щелей), через которые этот пар может выйти.

Ответ: Крышка чайника подпрыгивает, когда скорость образования пара при кипении настолько велика, что он не успевает выходить через носик или другие отверстия. В результате под крышкой создается избыточное давление, сила которого приподнимает крышку. Если же пар успевает свободно выходить (например, при слабом кипении или через специальные отверстия), давление не нарастает, и крышка остается на месте.