Номер 22, страница 19 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-8. Испарение и конденсация. Влажность воздуха. Кипение - номер 22, страница 19.

Условие.

22. a) Почему кастрюля прогорает лишь после того, как вода выкипит?

б) Будет ли кипеть вода в стакане, плавающем в сосуде с кипящей водой?

Решение.

а) Когда в кастрюле находится вода, вся подводимая к ней теплота от источника нагрева (например, плиты) поглощается водой. Вода обладает высокой теплоёмкостью, а при достижении температуры кипения ($100^\circ\text{C}$ при нормальном атмосферном давлении) вся поступающая энергия расходуется на процесс парообразования, то есть на превращение воды в пар. Во время кипения температура воды (и, соответственно, дна и стенок кастрюли, которые находятся в контакте с водой) остаётся постоянной и равной $100^\circ\text{C}$. Эта температура значительно ниже температуры плавления или деформации металлов, из которых изготавливают кастрюли (например, температура плавления алюминия – около $660^\circ\text{C}$, а стали – около $1400^\circ\text{C}$).

После того как вся вода выкипит, кастрюля остаётся пустой на горячей плите. Теперь нет воды, которая отводила бы тепло. Вся энергия от плиты идёт на нагрев самого металла кастрюли. В результате её температура начинает быстро расти и может легко достигнуть значений, при которых металл плавится, деформируется или окисляется (прогорает).

Ответ: Кастрюля не прогорает, пока в ней есть вода, так как кипящая вода отводит тепло, поддерживая температуру стенок кастрюли на уровне $100^\circ\text{C}$, что безопасно для металла. После выкипания воды температура кастрюли резко возрастает, что приводит к её прогоранию.

б) Для того чтобы вода закипела, необходимо выполнить два условия: во-первых, нагреть её до температуры кипения ($100^\circ\text{C}$ при нормальном давлении), и, во-вторых, продолжать подводить к ней теплоту, которая будет расходоваться на парообразование (скрытая теплота парообразования).

Вода в большом сосуде кипит, значит, её температура равна $100^\circ\text{C}$. Стакан с водой плавает в этой кипящей воде. За счёт теплообмена вода в стакане будет нагреваться от окружающей её кипящей воды. Её температура поднимется и достигнет $100^\circ\text{C}$. В этот момент температуры воды в стакане и воды в сосуде сравняются.

Однако для кипения, как уже было сказано, требуется дополнительный приток тепла. Теплообмен (теплопередача) происходит только при наличии разности температур. Поскольку температура воды в сосуде и воды в стакане одинакова ($100^\circ\text{C}$), дальнейшая передача тепла от сосуда к стакану прекратится. Следовательно, вода в стакане не получит дополнительную энергию, необходимую для парообразования во всём объёме, то есть для кипения. Она будет лишь интенсивно испаряться с поверхности.

Ответ: Нет, вода в стакане кипеть не будет. Она нагреется до температуры кипения ($100^\circ\text{C}$), но для самого процесса кипения необходим дополнительный приток тепла, который невозможен из-за отсутствия разности температур между водой в сосуде и водой в стакане.