Номер 256, страница 41 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Испарение. Насыщенный и ненасыщенный пар. Кипение - номер 256, страница 41.

Условие.

256. В двух одинаковых чайниках, поставленных на одинаковые горелки, кипит вода. У одного из них крышка часто подпрыгивает, а у другого неподвижна. Объясните почему.

Решение.

Решение

Поскольку оба чайника одинаковы и поставлены на одинаковые горелки, процесс кипения воды и, следовательно, скорость образования пара в них одинаковы. При кипении вода превращается в пар, который занимает гораздо больший объем и создает избыточное давление внутри замкнутого пространства чайника.

Различное поведение крышек объясняется разницей в способах выхода пара из чайников.

У чайника, крышка которого часто подпрыгивает, она, по-видимому, плотно прилегает к корпусу, создавая почти герметичное пространство. Пар, образующийся при кипении, накапливается внутри. Давление пара $P_{внутр}$ растет до тех пор, пока сила давления, действующая на крышку изнутри ($F_{пара} = P_{внутр} \cdot S$, где $\text{S}$ – площадь крышки), не превысит сумму силы атмосферного давления ($F_{атм} = P_{атм} \cdot S$) и силы тяжести самой крышки ($F_{тяж} = m \cdot g$, где $\text{m}$ – масса крышки). Когда выполняется условие $F_{пара} > F_{атм} + F_{тяж}$, крышка приподнимается. Через образовавшуюся щель выходит часть пара, давление внутри падает, и крышка опускается на место. Этот процесс циклически повторяется, что и вызывает "подпрыгивание" крышки.

У второго чайника крышка неподвижна. Это означает, что давление пара внутри него не достигает величины, достаточной для ее подъема. Следовательно, у пара есть постоянный и свободный выход наружу. Это возможно в двух случаях: либо в крышке есть специальное отверстие для выхода пара, либо крышка неплотно прилегает к корпусу чайника. В обоих случаях пар выходит по мере образования, не создавая значительного избыточного давления.

Ответ: Крышка одного чайника подпрыгивает потому, что она плотно закрывает чайник, и образующийся при кипении пар вынужден накапливаться, пока его давление не станет достаточным, чтобы приподнять крышку. У второго чайника крышка неподвижна, так как в ней, вероятно, есть отверстие или она прилегает неплотно, что позволяет пару выходить непрерывно, не создавая избыточного давления.