Стакан чая и физика

Накрывая чайник крышкой, мы сохраняем в нем, то тепло, которое сообщает воде нагреватель - уменьшаем теплообмен. На сайте учителя физики Елькина есть сказка: Жил-был царь. У него были три дочери. Младшая была самая красивая, самая любимая. Царь был стар и умен. Он давно издал указ, по которому первая дочь, выходящая замуж, получит полцарства. Зная указ, средняя и старшая дочери очень хотели замуж, и часто из-за этого ссорились. Младшая дочь замуж не собиралась. Чтобы разрешить все вопросы с замужеством и уладить ссоры, царь предложил провести такое соревнование.

Он поставил на стол три чайника. Они были совершенно одинаковы, как по внешнему виду, так и по вместимости. Царь налил в каждый чайник равное кол-во воды из ведра.

«Мои любимые дочери, - начал свою речь царь, - сейчас каждая из вас возьмет по чайнику и отправиться вместе со мной на кухню. Там вы поставите чайники на плиту и дождетесь, пока они закипят. Та дочь, у которой закипит чайник раньше, выйдет замуж первой». Как не странно, но расчеты царя были точными, первым закипел чайник у младшей дочерь. (Старшая и средняя дочери очень хотели, чтоб их чайники закипели быстрее, и часто поднимали крышки чайников, проверяя, не кипит ли в них вода. Младшая дочь замуж не хотела и в чайник не заглядывала!)

Откуда берутся пузырьки на стенках и на дне сосуда? Какая вода закипит быстрее кипяченная или сырая?

Пузырьки образуются из кислорода, растворенного в воде, а так же прилипшего к внутренней поверхности чайника. При нагревании кислород расширяется и пузырьки увеличиваются. В кипяченой воде пузырьков воздуха мало и они мелкие; в них давление определяется только давлением пара; испарение с вогнутой поверхности пузырьков затрудненно, вероятность поднятия таких пузырьков со дна сосуда мала (подъем будет только тогда, когда давление насыщенного пара в пузырьке станет равным внешнему давлению на поверхность жидкости, т. е. атмосферному давлению)

Можно ли заставить воду кипеть, охлаждая?

Да, это можно проверить на опыте: нальем из чайника в круглодонную колбу нагретую воду и закроем пробкой. Вода в колбе не кипит! Опрокинем колбу и охладим ее проточной водой, ту часть колбы, где находиться пар! Мы видим, что вода вскипает. Можно объяснить точки зрения физики: часть пара конденсируется, давление над водой уменьшается, и кипение наступает при меньшей температуре, чем температура кипения.

4. Почему температура воды не поднимается во время кипения?

Потому что вся энергия расходуется на парообразование, а парообразование происходит не только с поверхности жидкости, но и внутрь пузырьков.

Температура кипения воды при различных давлениях

Давление tкип , кПа мм рт. Ст.

98,7 740 99,3

100,0 750 99,6

101,325 760 100,0

5. Почему не видно водяного пара у носика кипящего чайника?

Мы видим туман- это капельки воды, конденсированные на пылинках воздуха или заряженных частицах. А пар- бесцветный, не различимый глазом газ!

6. «Загадка ложки в стакане»

«Термоемкость» определят способность стекла выдерживать заданный интервал температур, не разрушаясь, не трескаясь. Термоемкость зависит от ряда физических величин: теплопроводности, толщины стекла, коэффициента его линейного расширения. Для этого мы опускаем ложку в стакан. Это научное объяснение, а вот пример из обыденной жизни: Раньше, чем разлить чай по стаканам, опытная хозяйка, заботясь об их целости, не забывает положить в них ложки, особенно если они серебряные. Житейский опыт выработал вполне правильный прием. Прежде всего, уясним себе, почему вообще стаканы трескаются от горячей воды. Причина - неравномерное расширение стекла. Горячая вода, налитая в стакан, прогревает его стенки не сразу: сначала нагревается внутренний слой, в то время как наружный не успевает еще нагреться. Нагретый внутренний слой тотчас же расширяется, наружный же остается пока неизмененным и испытывает, следовательно, сильный напор изнутри. Происходит разрыв – стекло лопается.

Многие думают, что если обзавестись толстыми стаканами эта проблема будет исчерпана, увы, это не так! Толстые стаканы – как раз самые непрочные в этом отношении: они лопаются чаще, чем тонкие. Но надо обращать внимание не только на ширину стенок стеклянного сосуда, но и на ширину его дна! Следовательно, чем стеклянный сосуд тоньше, тем увереннее можно подвергать его нагреванию!

7. Как умещается сахар в полный стакан чая?

Возможно ли это? Я проверила и теперь точно могу сказать: «ДА, умещается!» Объясню: когда мы насыпаем сахар в полный стакан чая, он растворяется, и его молекулы размещаются между молекулами воды; при этом образуется раствор; молекулы сахара, заняв промежутки между молекулами воды, как бы уплотняют вещество.

Вот опыт, какой я провела: В одну колбу я налила 50 мл воды, в другую 50 мл сахарного раствора. И перелила его в колбу с водой, размешала стеклянной палочкой, и выяснилось, что общее количество не 100 мл как следовало ожидать, а 98 мл.

8. Зачем дуют на чай или наливают его в блюдце?

Конечно, мы дуем или переливаем чай в блюдце чтобы он скорее остыл, так скажет каждый человек, а с точки зрения физики это выглядит так: Мы дуем, чтобы повысить скорость испарения, удаляя от поверхности жидкости молекулы пара. Когда чай наливаем в блюдце, увеличиваем площадь испарения: процесс испарения идет в большем масштабе и быстрее.