ДИПЛОМНІ КУРСОВІ РЕФЕРАТИ


ИЦ OSVITA-PLAZA

Реферати статті публікації

Пошук по сайту

 

Пошук по сайту

Головна » Реферати та статті » Фізика » Дивовижна фізика

Пока чайник не закипел...
Ритуалу чаепития посвящены восточные трактаты и главы в специ-
альных книгах. И все же, посмотрев на этот процесс под несколько иным
углом зрения, в нем можно найти множество интересных физических явле-
ний, объяснения которым нет даже в самом толстом кулинарном руковод-
стве.
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. Какой из них закипит раньше?
Ответ на этот вопрос знает любая опытная хозяйка. Желая вскипя-
тить воду побыстрее, она, не задумываясь, накрывает кастрюлю крыш-
кой, и на поставленный вопрос сразу же ответит, что скорее закипит
чайник, накрытый крышкой. Ну, что же, убедимся в ее правоте — вна-
чале опытным путем, дождавшись кипения наших чайников, а потом
обоснуем результат поставленного опыта с точки зрения молекулярной
физики.
95
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 тем-
пературу воды в нем, обогнав ее нагрев в двух первых чайниках. Например,
сунуть в стоящий на плите третий чайник еще и кипятильник. Ну, а если
кипятильника нет?
Вспомним, что для того чтобы повысить температуру воды в какой-
либо емкости, в нее достаточно добавить более горячей воды. Может быть,
такой прием ускорит закипание воды в третьем чайнике? Отнюдь нет. Не
только не ускорит, но еще и замедлит. Чтобы убедиться в этом, предста-
вим себе, что вода массой т.\ находящаяся первоначально в чайнике при
температуре Т\, не смешалась и не стала обмениваться теплом с долитой
горячей водой, имеющей массу т% и температуру Т2. Тепло, которое необ-
ходимо было первоначально передать воде для доведения ее до кипения,
составляет
Qi = сгп\{Тк - Т\)
. Теперь же, кроме нагрева до температуры кипения (Гк) того же количества
воды гп\, придется разогреть от Т% до Тк еще и долитую горячую воду
массой т2. Поэтому полное количество теплоты составит
Q = сгп\ (Тк - Т\) + ст2(Тк - Т2).
Даже если в чайник доливать кипяток, то в процессе переливания он
успеет несколько охладиться, и температура Т% окажется несколько ниже
Гк. Понятно, что наше «абсурдное» предположение о том, что порции
воды остались неперемешанными, никак не повлияло на закон сохранения
энергии в системе, а лишь позволило нам рассмотреть явление проще и
быстрее.
Пока мы безуспешно возились с третьем чайником, первый, с закры-
той крышкой, уже начинает шуметь. Попробуем выяснить причину этого
знакомого всем шума и оценить его характерную частоту.
Первой причиной этого шума можно предположить колебания жидко-
сти, возникающие при отрыве пузырьков пара от дна и стенок сосуда. Эти
пузырьки чаще всего зарождаются на неоднородностях и микротрещинках
поверхности. Характерные их размеры до закипания чайника порядка 1 мм
(при кипении они значительно возрастают и могут доходить до 1 см). Для
оценки частоты возникающего в чайнике звука нам нужно найти время
отрыва пузырьков г от дна. Именно это время характеризует длитель-
ность толчка, который получает жидкость в процессе отрыва пузырька,
а следовательно, и период возникающих в жидкости колебаний. Соот-
96 Глава 12. Пока чайник не закипел...
ветственно частота генерируемого звука определится величиной, обратной
этому времени: v ~ т~'.
Пока пузырек пребывает на дне в покое, на него действуют две си-
лы: выталкивающая его вверх сила Архимеда FA — рв g Vn (Vn —объем
пузырька, a pa — плотность воды) и удерживающая на дне сила поверх-
ностного натяжения Fn = crl (I — длина границы соприкосновения пузырь-
ка с поверхностью дна чайникаI. По мере увеличения объема пузырька
сила Архимеда возрастает и в некоторый момент превышает силу поверх-
ностного натяжения. Пузырек начинает свое движение вверх (рис. 12.1).
Попятно, что полная сила, действующая на пузырек в процессе его от-
О
О
Рис. 12.1: Вначале пузырьки, образующиеся на дефектах
дна, удерживаются силами поверхностного натяжения.
рыва от дна, по порядку величины равна ^д. Масса же пузырька при
его движении в жидкости определяется не его собственной ничтожно ма-
лой массой (массой заключенного в нем воздуха и пара), а так называемой
«присоединенной» массой, которая для сферического пузырька составляет
т* =2
(в этой формуле го — радиус пузырька). Она фактически определяет ту
массу жидкости вокруг пузырька, которая оказывается вовлеченной в дви-
жение при его перемещении вверх.
Таким образом, ускорение пузырька на начальном этапе движения
будет
а ~ ^А = 2g.
т* е
'Здесь мы пренебрегаем заведомо малой силой тяжести.
97
Время отрыва пузырька от дна можно теперь оценить, считая его
движение равноускоренным. На высоту порядка своего размера он подни-
мается за время
A2.1)
Соответствующая характерная частота генерируемого при отрыве пу-
зырьков звука составляет и\ ~ rj~' ~ 100 Гц, что, по-видимому, на порядок
меньше1 частоты того звука, который слышен при нагреве чайника (однако
еще задолго до закипания воды в немJ.
Рис. 12.2: При закипании
возникает характерный
звук, связанный со
схлопыванием сотен
крошечных пузырьков.
Существует и вторая причина шума, возникающего в чайнике при его
нагревании. Для того чтобы добраться до нее, проследим судьбу пузырька
пара после его отрыва от дна. Оторвавшись от горячего дна, где давле-
ние пара в пузырьке было примерно равно атмосферному (иначе он не
мог бы достаточно расшириться для всплытия), пузырек, всплывая, по-
падает 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 (рис. 12.2) или просто
сильно сжимается (если в нем, помимо водяного пара, содержалось также
'Частоты в диапазоне 100 Гц знакомы всем по гудению старых радиоприемников. (Прим.
ред.)
2Заметим, что в выражение A2.1) никак не вошел коэффициент поверхностного натя-
жения, поэтому можно думать, что пузырек излучает звуковые волны не только в процессе
отрыва от дна, но и в течение всего своего ускоренного движения — до тех пор, пока си-
ла сопротивления движению пузырька со стороны воды (пропорциональная скорости его
движения) не уравновесит действующую на него выталкивающую силу.
98
Глава 12. Пока чайник не закипел...
некоторое количество воздуха) — в жидкости распространяется звуковой
импульс. Схлопывание одновременно большого числа таких пузырьков,
гибнущих в верхних слоях воды, воспринимается как шум. Оценим его
характерную частоту.
Запишем уравнение Ньютона для массы воды т, устремляющейся
внутрь пузырька при его схлопывании:
mar = Fz = SAP.
Здесь 5 = 4-7ГГ2 — площадь поверхности пузырька, на которую действует
сила давления Fa, АР — разность давлений на его границе, аг — ускорение
движения границы пузырька к его центру. Понятно, что в процесс такого
схлопывания вовлечена масса, по порядку величины равная произведению
плотности воды на объем пузырька: т ~ р^г3. Таким образом, уравнение
Ньютона может быть переписано в виде
РаГ'пг ~ Г2АР.
Пренебрегая давлением, обусловленным натяжением искривленной по-
верхности пузырька, а также небольшим количеством воздуха, которое
может в нем содержаться, будем считать АР постоянным (зависящим
только от перепада температур между придонными и верхними слоями
воды). Величину ускорения аг = г1/ оценим как го/г|, где гг — искомое
время схлопывания пузырька. Тогда
*-\ ~ АР,
откуда
A2.2)
Таблица 12.1: Зависимость давления насыщающих паров от температуры
Температура, °С
Давление, кПа
96.18
88.26
99.1
98.07
99.6
100
99.9
101
100
101.3
101
105
110.8
147
Вблизи Тк = 100 °С давление насыщенного пара падает примерно на
3-103 Па при понижении температуры на 1 °С (см. таблицу 12.1). Поэтому
для оценки можно принять АР ~ 103 Па, после чего соответствующее
99
время схлопывания пузырька составит t% ~ 10~3 с, а характерная частота
возникающего при этом шума и2 ~ т^х ~ 103 Гц, Этот результат уже
больше похож на правду, чем предыдущий1.
Еще одним доводом в пользу такого происхождения шума служит
тот факт, что по мере повышения температуры воды частота характер-
ного высокочастотного шума постепенно понижается в согласии с A2.2).
Непосредственно перед кипением пузырьки пара перестают схлопываться
даже в верхних слоях воды. Тогда единственным механизмом возбужде-
ния звука оказывается рассмотренный выше отрыв пузырьков от дна —
частота «пения» чайника заметно понижается. После закипания воды «го-
лос» чайника может снова измениться (особенно если открыть крышку) —
это булькают пузыри, лопаясь уже непосредственно на поверхности во-
ды. Здесь оказывается важной и степень заполненности чайника, и его
форма2.
Таким образом, мы приходим к выводу, что шум чайника перед его
закипанием связан с рождением на горячем дне, отрыве от дна и гибе-
лью в верхних еще не достаточно прогретых слоях воды пузырьков пара.
Эти процессы очень интересно наблюдать непосредственно при нагрева-
нии воды в стеклянном чайнике с прозрачными стенками. Однако не бу-
дем обольщаться, что мы заинтересовались и разобрались в этом вопросе
первыми. Еще в XVIII веке шотландский ученый Джозеф Блэк3 изучал
«пение» нагретых сосудов и установил, «что в этом пении участвует дуэт:
поднимающиеся пузырьки нагретого воздуха и вибрация стенок сосуда».
И вот, как и ожидалось, первым закипает чайник под закрытой крыш-
кой. Об этом нас извещает вырывающаяся из его носика струя пара. А
какова ее скорость?
Эту задачу нетрудно решить, если заметить, что в установившемся
процессе кипения практически вся подводимая к чайнику энергия нагре-
вателя расходуется на испарение воды. Филателисты знают, что, когда
нужно отпарить марку от конверта, воду наливают лишь на дно чайника,
чтобы весь образующийся пар выходил через носик. Будем считать, что и
в нашем случае носик свободен и пар выходит наружу только через него.
Пусть в результате подвода энергии за время At испарится масса воды
AM. Ее можно определить из уравнения A AM = W At, где А — удельная
'В соответствии с Рис. 12.3 скачок температуры (а, значит, и соответствующие ему раз-
ность давлений АР и частота и) могут быть на целый порядок выше. (Прим. ред.)
2Ешё одним аргументом в пользу предложенного механизма служит то, что в газированной
воде пузырьки звучат по-другому. В отличие от кипятка они наполнены углекислым газом и
не могут схлопнуться. (Прим. ред.)
3Дж. Блэк A728—1799) — шотландский физик и химик; первый указал на различие между
теплом и температурой; ввел понятие теплоемкости.
100 Глава 12. Пока чайник не закипел...
теплота парообразования, a W — мощность нагревателя. За это же время
At образовавшаяся масса пара должна покинуть чайник через носик —¦
иначе пар стал бы накапливаться под крышкой. Если площадь выход-
ного отверстия носика s, плотность пара под крышкой чайника рП{Тк), а
искомая скорость и, то можно записать равенство
AM = pnsv At.
Плотность насыщенного пара при Тк = 373 К можно взять из табли-
цы (р„(Тк) = 0,6 кг/м3), или, если таблицы нет под рукой, оценить из
уравнения Менделеева — Клапейрона1:
РП(ТК) цто р. а /3
рп(Тк) = — D7T « 0,6 кг/м .
Таким образом, для скорости вытекания пара из носика получаем окон-
чательно
WRTK
v =
А Р„ (Тк) fiHio s"
Подставляя сюда для оценки W = 500 Вт, s = 2 см2, А = 2,26 х 106 Дж/кг,
Рц(Тк) — Ю5 Па, находим, что v « 1 м/с.
И вот, наконец-то, закипает чайник с открытой крышкой. Он заметно
отстал от первого. Кстати, снимать с плиты его следует с осторожно-
стью — если просто схватиться за ручку, то можно обжечься паром. А
что обжигает сильнее — пар или кипяток? Прежде чем ответить на этот
вопрос, следует его уточнить: что сильнее обжигает — определенная масса
кипятка или такая же масса пара? Обратимся снова к оценкам.
Пусть объем, занятый насыщенным стоградусным паром под крыш-
кой чайника, составляет V\ = I л и, скажем, одна десятая его часть при
открывании сконденсируется на руке. Как мы уже выяснили, плотность
пара при Тк — 100 °С составляет 0,6 кг/м3. Поэтому на руке окажется
около т„ « 0, 06 г пара. При конденсации и последующем охлаждении от
100 °С до комнатной температуры Го будет выделено количество теплоты
AQn = А ти + с тп(Тк — То). Легко убедиться, что для того же теплово-
го воздействия понадобится почти в десять раз большая масса кипятка.
' Выражение для плотности газа р можно получить из уравнения состояния идеального
газа Р V = —R Т, где Р, Т, и m — это соответственно давление, температура и масса газа
заключенного в объеме V. Перегруппировав члены легко получить, что
m _ Р ix
~V ~ ~RT'
где ix — молекулярный вес газа, и /? — универсальная газовая постоянная.
Р V RT'
кп
Кроме того, при ожоге паром значительно большей оказывается площадь
поражения. Таким образом, пар обжигает сильнее кипятка, в первую оче-
редь из-за выделяющегося при конденсации значительного тепла.
Но мы отвлеклись от обсуждения результата нашего опыта с двумя
чайниками. Почему же все-таки отстал чайник с открытой крышкой? Раз-
беремся в этом подробнее. Ответ почти очевиден: в процессе нагревания
воды в открытом чайнике наиболее быстрые ее молекулы имеют возмож-
ность беспрепятственно покидать чайник, унося с собой таким образом
энергию и как бы эффективно охлаждая этим оставшуюся в чайнике воду
(этот процесс есть ни что иное, как испарение). Поэтому нагревателю в
этом случае приходится не только довести воду в чайнике до кипения, но
и часть ее испарить в процессе нагревания. Понятно, что на это уходит
большее количество энергии (а следовательно, и времени), чем при ки-
пячении воды в закрытом чайнике, где вырвавшиеся из воды «быстрые»
молекулы очень скоро образуют в замкнутом пространстве под крыш-
кой насыщенный пар и, возвращаясь в воду, отдают свою избыточную
энергию обратно. Однако имеют место и два эффекта, противоположных
рассмотренному. Во-первых, в процессе испарения несколько уменьшает-
ся масса воды, которую следует доводить до кипения. Во-вторых, кипение
в открытом чайнике при нормальном атмосферном давлении наступает
при температуре 100 °С. В закрытом же чайнике, если он налит так, что
пары не могут выходить через носик, из-за интенсивного испарения пе-
ред кипением давление у поверхности повышается, поскольку оно теперь
определяется суммой парциальных давлений находящегося под крышкой
небольшого количества воздуха и самих водяных паров. С ростом внешне-
го давления должна стать и более высокой температура кипения воды, так
как она определяется условием равенства давления насыщенного пара в
зарождающемся в жидкости пузырьке внешнему давлению. Как же быть?
Какому из эффектов отдать предпочтение?
В случае, когда возникают подобного рода сомнения, на помощь следу-
ет призвать точный расчет, или, по крайней мере, оценку порядков величин
обсуждаемых эффектов. Вначале оценим массу воды, которая испаряется
из открытого чайника в процессе доведения его до кипения.
Молекулы в жидкости достаточно сильно взаимодействуют друг с дру-
гом. Однако если в кристалле потенциальная энергия взаимодействия зна-
чительно превышает кинетическую энергию движения атомов или молекул,
а в газе, наоборот, кинетическая энергия хаотического движения значи-
тельно превосходит потенциальную энергию взаимодействия молекул, то
в жидкости эти величины оказываются одного порядка. Поэтому молеку-
лы жидкости совершают тепловые колебания около некоторых положений
равновесия, изредка «перепрыгивая» в другие. «Изредка» — по сравнению
102 Глава 12. Пока чайник не закипел...
с периодом колебаний около положения равновесия. В привычном же нам
масштабе времени очень даже часто — за одну секунду молекула в жид-
кости может менять свое положение равновесия миллиарды раз! Однако
далеко не каждая молекула в процессе своих перескоков, даже находясь у
поверхности, может вырваться на свободу. Для преодоления сил взаимо-
действия ей необходимо иметь возможность совершить некоторую работу.
Можно сказать, что потенциальная энергия молекулы в жидкости меньше
ее потенциальной энергии в паре на величину, равную теплоте испарения,
отнесенной к одной молекуле. Если А — удельная теплота испарения, то
молярная теплота испарения равна ц\, а теплота испарения, приходяща-
яся на одну молекулу, составит Uo = fi А/Л/д (NA — число Авогадро).
Эту «работу выхода» молекула может совершать только за счет своей
кинетической энергии теплового движения. Однако соответствующая ве-
личина средней кинетической энергии Ек « kT (k = 1,38- 10~23 Дж/К)
оказывается значительно меньшей Uo- И все же согласно законам мо-
лекулярной физики в жидкости всегда существует некоторое количество
столь высокоэнергетичных молекул, что они в состоянии преодолеть силы
притяжения и вырваться за пределы жидкости. Их число в единице объема
определяется выражением
п = п0 e~Uo/k г, A2.3)
где по — начальная концентрация молекул, е = 2,7182... — основание
натуральных логарифмов, a k = R/Na — постоянная Больцмана1.
Ну, а теперь забудем о перепрыгивании молекул жидкости с места на
место, а будем представлять себе высокоэнергетичные молекулы как неко-
торый газ. Тогда за малое время At через участок поверхности площади 5
смогут вырваться высокоэнергетичные молекулы из объема AV ~ S v At
(для оценки мы считаем, что 1/6 часть всех этих молекул приближается к
поверхности со скоростью v = \/2Uo/mo). Воспользовавшись выражени-
ем A2.3), для скорости испарения находим
AN n(SvAt) ГШ Uo/kT
д7~ At оу^
Уносимая при этом из жидкости масса в единицу времени составляет
Am AN
—— ~ rno-r— ~ m0Sn0
At At
'Л. Больцман A844—1906) — австрийский физик, один из основателей классической
статистической физики.
103
Эту величину нам будет удобнее пересчитать для массы воды, уносимой
из чайника при его нагревании на 1 К. Для этого воспользуемся законом
сохранения энергии. За время At чайник получает от конфорки количество
теплоты AQ = W At (W — полезная мощность конфорки). При этом
температура воды повышается на AT, так что
WAt = cMAT
где си М — удельная теплоемкость и масса воды в чайнике соответственно
(теплоемкостью самого чайника мы пренебрегаем). Подставляя в формулу
для скорости испарения At = с М AT/W, находим, что
Am _ pcSM IX/лн^о -\""$ _ pcSMy/X
AT ~ W у NA т0 в А ~ W
При нагревании чайника температура меняется от комнатной до
373 К- Принимая во внимание, что основная потеря массы происходит
при достаточно высоких температурах, подставим в экспоненту некото-
рую среднюю температуру Т = 350 К. Для остальных величин примем
AT = Тк - То = 80 К, 5 « 10-3 м2, р « 103 кг/м3, цн^о = 0,018 кг/моль,
с — 4,19 • 103 Дж/кг, после чего находим, что
Таким образом, в процессе нагревания чайника без крышки до тем-
пературы кипения его покидает несколько процентов всей массы воды.
Испарение всей этой массы воды идет за счет нагревателя и, естественно,
удлиняет процесс закипания открытого чайника. Чтобы понять, насколько,
достаточно заметить, что такое испарение для нагревателя эквивалентно
доведению до кипения 1/4 всей массы воды в чайнике (убедитесь в этом
сами).
Теперь перейдем к рассмотрению эффектов, замедляющих закипание
закрытого крышкой чайника. О первом из них — неизменности массы
в процессе нагревания — говорить нечего. Только что было показано,
что выкипание 3 % массы эквивалентно нагреву 25 % массы, так что
необходимостью нагрева этих 3 % в закрытом чайнике можно пренебречь.
Второй эффект — повышение давления под закрытой крышкой —
также не может составить конкуренции выкипанию воды из открытого
чайника. Действительно, если даже чайник залит полностью (пар не мо-
жет выходить через носик), то избыточное, по сравнению с атмосферным,
давление не может превысить веса крышки, отнесенного к его площади (в
104 Глава 12. Пока чайник не закипел...
противном случае крышка начнет подпрыгивать, выпуская пар). Принимая,
что ткр = 0, 3 кг, а ее площадь ~ 100 см2, получим
Заглянув еще раз в приведенную выше таблицу, видим, что та-
кое повышение давления сдвинет температуру кипения не более чем на
5ТК « 0, 1 °С. Соответственно на доведение чайника до кипения придет-
ся затратить дополнительно количество теплоты 5Q = сМ5Тк. Сравнивая
величины с М 5ТК и ХАМ, видим, что неравенство A AM ;g> с М 5ТК вы-
полняется с запасом в 200 : 1. Таким образом, и повышение температуры
кипения в чайнике, прикрытом крышкой и налитом доверху, не может все-
рьез противостоять испарению воды с открытой поверхности в чайнике
без крышки.
На описанном принципе повышения давления при нагревании воды
в замкнутом объеме устроена кастрюля-скороварка. В ней вместо но-
сика сделано маленькое отверстие предохранительного клапана, которое
открывается только начиная с некоторого давления, в остальном же она
герметична. В результате испарения жидкости в замкнутый объем давле-
ние в кастрюле повышается примерно до 1,4 • 105 Па, когда срабатывает
клапан, и температура кипения, согласно уже цитировавшейся таблице,
сдвигается до Т* = 108 °С. Это позволяет готовить пищу гораздо быстрее,
чем в обыкновенной кастрюле. Однако после снятия с плиты открывать
скороварку следует с большой осторожностью: после разгерметизации да-
вление падает и жидкость в ней оказывается заметно перегретой. Поэтому
масса жидкости 5т такая, что А 5т — с М (Т* — Тк), взрывным образом
испаряется и может сильно обжечь. Жидкость при этом вскипает сразу
во всем объеме кастрюли.
Кстати, стоит заметить, что высоко в горах, где атмосферное давление
низкое, в обычной кастрюле вообще не удается сварить мясо, поскольку
температура кипения воды там может понизиться вплоть до 70 °С (на
вершине Эвереста давление составляет Яз848 = 3,5 • 104 Па). Поэтому
альпинисты часто берут с собой на восхождение скороварку. Кроме воз-
можности достичь в ней более высокой температуры, скороварка также
экономит топливо, что частично компенсирует ее вес в рюкзаке.
Но мы заговорились, а чайники на плите исходят паром. Сняв чайник
с закрытой крышкой с плиты, вы видите, что кипеть он прекращает не
сразу — некоторое время из его носика еще вырывается струя пара. Какая
же часть воды выкипает после снятия чайника с плиты и за какое время?
Для того чтобы ответить на эти вопросы, обратимся к рис. 12.3, на ко-
тором показано распределение температуры воды по высоте при кипении
105
ее в сосуде, к которому через дно подводится тепло. Из рисунка видно,
что тонкий придонный слой воды толщиной около 5 мм сильно перегрет —
на его протяжении температура падает от Тд = 110 °С до Тм = 100, 5 °С
(Гд — температура дна чайника). Температура остальной массы воды в
чайнике (мы предполагаем уровень воды Н = 10 см), согласно графику,
составляет около 100,5 °С, а у свободной поверхности жидкости проис-
ходит скачок температуры на AT = 0,4 °С.
108
106
СП
о.
та 4П/*
о. 7t/T
Р
102
100
р
?
с
г
1
[
вод
а
свободная
¦юверхносп
воды
' 100,4 °С"
1 пар
100,0 °С
0 2 4 6 8
расстояние от нагретой поверхности (в см)
Рис. 12.3: Температура около дна кипящего чайника
гораздо выше, чем у основной массы воды.
Таким образом, после прекращения подачи тепла в массе воды запа-
сено избыточное относительно равновесного количество теплоты
+cpS(H-AH)AT,
где S — площадь дна чайника (который мы предполагаем цилиндрической
формы). Кроме того, перегрето и дно чайника; однако нетрудно убедиться,
что этим эффектом можно пренебречь ввиду большой теплоемкости воды.
106
Глава 12. Пока чайник не закипел...
Избыточное количество тепла AQ пойдет на испарение слоя жидко-
сти SH, масса которого 5т может быть найдена из уравнения теплового
баланса
Л - ^Л Ат\
откуда для 5Н имеем
Таким образом, после снятия с плиты из чайника выкипит еще около
0,2 % его содержимого.
Характерное время выкипания полного чайника с массой воды М
(скажем, 2 кг) на плите с полезной мощностью W = 1 кВт составляет
г =

Соответственно 0,2 % его массы выкипит за время порядка 10 с (если
предполагать, что скорость испарения по порядку величины не меняется
по сравнению со стационарным режимом).
Рис. 12.4:В
Азербайджане чай пьют
из специальных стаканов
— армуди (по-русски
"армуди" — это
"груша")-
107
Пока мы рассуждали, пришло время разливать чай. Кстати, восточные
народы пьют его обычно из пиал. Пиалы, по-видимому, ввели в употре-
бление кочевники — их форма очень удобна при упаковке, они занимают
мало места и прочны. Кроме того, они имеют еще одно существенное пре-
имущество перед обычным стаканом. Форма пиалы такова, что верхний
слой налитой в нее жидкости, благодаря большому зеркалу поверхности,
остывает быстрее, чем в стакане, и его можно пить не обжигаясь. В то же
время нижний слой, до которого черед дойдет позже, долго остается горя-
чим. В Азербайджане существует еще более своеобразный сосуд для питья
чая — армуди (см. рис. 12.4). В нем также большое зеркало поверхности
сочетается с минимальной поверхностью хранилища горячего чая (нижняя
часть сосуда). Старинные фарфоровые чашки также всегда изготовлялись
с большим зеркалом поверхности. А стаканы как сосуды для питья чая
вошли в обиход в XIX веке в связи с дороговизной фарфоровых чашек.
Эти произведения декоративного искусства уступались женщинам, а муж-
чины пили чай из стеклянных стаканов, которые постепенно обзавелись
серебряными подстаканниками с вензелем хозяина.

Ви переглядаєте статтю (реферат): «Пока чайник не закипел...» з дисципліни «Дивовижна фізика»

Заказать диплом курсовую реферат
Реферати та публікації на інші теми: Еталонна модель взаємодії відкритих систем (ЕМВВС, OSI — Open Sys...
Аудит балансу підприємства
Роторно-поршневий двигун
Послідовність аудиту нематеріальних активів
Теорія оптимізації портфеля інвестицій


Категорія: Дивовижна фізика | Додав: koljan (18.10.2013)
Переглядів: 1247 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Додавати коментарі можуть лише зареєстровані користувачі.
[ Реєстрація | Вхід ]

Онлайн замовлення

Заказать диплом курсовую реферат

Інші проекти




Діяльність здійснюється на основі свідоцтва про держреєстрацію ФОП