Партнеры
Вход в систему
Яндекс.Метрика
on-line
Сейчас на сайте 0 пользователей и 11 гостей.

Чайник на плите.

 Для начала проделаем следующий опыт. Поставим два совершенно одинаковых чайника с равными количествами холодной воды на конфорки одинаковой мощности. Один из них закроем крышкой, а второй оставим открытым.
1.1. Какой из них закипит раньше?
 Пока чайники нагреваются, поставим на третью конфорку плиты еще один точно такой же чайник с тем же количеством холодной воды, что и в первых двух, и попробуем его вскипятить быстрее (при той же мощности конфорки). Для этого нужно каким-либо способом быстро повысить температуру воды в нем, обогнав ее нагрев в двух первых чайниках. Например, вспомним, что для того чтобы повысить температуру воды в какой-либо емкости, в нее достаточно добавить более горячей воды.
1.2. Может быть, такой прием ускорит закипание воды в третьем чайнике? Оцените отношение времени закипания воды в чайнике (20 оС) и воды в чайнике в который доливают 25 % от массы воды горячую воду (80 оС). Вода не смешивается.

 Пока мы успешно возились с третьим чайником, первый, с закрытой крышкой, уже начинает шуметь.
1.3. Укажите причину этого знакомого всем шума.
1.4. Оцените его характерную частоту.

 Оторвавшись от горячего дна, где давление пара в пузырьке было примерно равно атмосферному (иначе он не мог бы достаточно расшириться для всплытия), пузырек, всплывая, попадает в верхние, еще не достаточно прогретые слои воды. Заполняющий пузырек насыщенный пар при этом охлаждается, его давление падает и уже не может компенсировать внешнего давления на пузырек со стороны воды. В результате пузырек быстро схлопывается или просто сильно сжимается (если в нем, помимо водяного пара, содержалось также некоторое количество воздуха) − в жидкости распространяется звуковой импульс. Схлопывание одновременно большого числа таких пузырьков, гибнущих в верхних слоях воды, воспринимается как шум.
1.5. Оцените его характерную частоту.

И вот, как и ожидалось, первым закипает чайник под закрытой крышкой. Об этом нас извещает вырывающаяся из его носика струя пара.
1.6. А какова ее скорость?

 Наконец-то, закипает чайник с открытой крышкой. Он заметно отстал от первого. Кстати, снимать с плиты его следует с осторожностью − если просто схватиться за ручку, то можно обжечься паром.
1.7. А что обжигает сильнее − пар или кипяток? Оцените во сколько раз (M/m) нужно взять больше кипятка, чтобы оказать такое же тепловое воздействие. Считать, что 10 % пара находящегося под крышкой конденсируется в воду.

 Но мы отвлеклись от обсуждения результата нашего опыта с двумя чайниками.
1.8. Почему же все-таки чайник с открытой крышкой закипает позже?

1.9. Оцените массу воды, которая испаряется из открытого чайника в процессе доведения его до кипения.
1.10. Рассмотрите эффекты, замедляющих закипание закрытого крышкой чайника.
− неизменности массы в процессе нагревания.
− повышение давления под закрытой крышкой.

 Сняв чайник с закрытой крышкой с плиты, вы видите, что кипеть он прекращает не сразу – некоторое время из его носика еще вырывается струя пара.
1.11. Какая же часть воды выкипает после снятия чайника с плиты и за какое время?
Справочный материал.
 Характерные размеры пузырька в жидкости ~ 1 мм.
 Плотность насыщенного пара при Tк = 373 К (100 oC) равно ρn(Tк) = 0,6 кг/м3.
 Мощность конфорки P = 500 Вт.
 Площадь сечения носика чайника S = 2 см2.
 Удельная теплота парообразования L = 2,26 × 106 Дж/кг.
 Давление насыщенного пара при температуре кипения pн(Tк) = 105 Па.
 Объем, занятый насыщенным стоградусным паром под крышкой чайника, составляет V1 = 1 л.
 Постоянная Больцмана k = 1,38 × 10–23 Дж/К.
 Площадь сечения чайника S ≈ 10–3 м2.
 Плотность воды ρ ≈ 103 кг/м3.
 Молярная масса воды μH2O = 0,018 кг/моль.
 Удельная теплоемкость воды c = 4,19 × 103 Дж/(кг•K).

 График зависимости температуры от расстояния от поверхности.


 Температура кипения любой жидкости постоянна при заданном атмосферном или ином внешнем давлении, но повышается с повышением давления и понижается с его понижением.  Например, при нормальном атмосферном давлении, равном 105 Па (таково давление на уровне моря), температура кипения воды составляет 100 °С. На высоте же 4000 м над уровнем моря, где давление падает до 0,6 × 105 Па, вода кипит примерно при 85° С, и для того, чтобы сварить пищу в горах, требуется больше времени. По той же причине пища готовится быстрей в кастрюле-«скороварке»: давление в ней повышается, а вслед за этим повышается и температура кипящей воды.
 Путешественники, побывавшие в горах, могут подтвердить сказанные выше слова. Конечно, отдыхая в горах, размышляешь не только о необычности физических явлений, но, можно и нужно получать удовольствия обозревая, например, достопримечательности азербайджана. Настоящий турист − велеколепный практик, путешествуя по разным странам, получает новый жизненный опыт, такой опыт бесценен.