Номер 374, страница 76 - гдз по физике 10 класс сборник задач Дорофейчик, Белая

374. Может ли кипеть вода в пробирке, плавающей в кастрюле с кипящей водой?

Решение

Для того чтобы жидкость, в данном случае вода, начала и продолжала кипеть, необходимо выполнение двух ключевых условий:

1. Жидкость должна быть нагрета до температуры кипения. При нормальном атмосферном давлении для воды эта температура составляет $100^{\circ}\text{C}$.

2. К жидкости необходимо непрерывно подводить энергию (теплоту) для осуществления фазового перехода из жидкого состояния в газообразное. Этот процесс требует затрат энергии, равной удельной теплоте парообразования.

В рассматриваемой ситуации вода в кастрюле кипит, что означает, что ее температура стабильно поддерживается на уровне $100^{\circ}\text{C}$. Эта кипящая вода является нагревателем для пробирки с водой.

За счет теплообмена вода в пробирке будет нагреваться от воды в кастрюле. Максимальная температура, до которой может нагреться вода в пробирке, равна температуре окружающей ее среды — то есть $100^{\circ}\text{C}$. Таким образом, первое условие кипения будет выполнено: вода в пробирке достигнет температуры кипения.

Однако, как только температура воды в пробирке сравняется с температурой воды в кастрюле ($100^{\circ}\text{C}$), разность температур между ними исчезнет. Согласно законам термодинамики, теплопередача может происходить только при наличии разности температур. Следовательно, поступление тепла от воды в кастрюле к воде в пробирке прекратится.

Поскольку для поддержания кипения требуется постоянный подвод энергии, а он прекращается, второе условие не выполняется. Вода в пробирке достигнет состояния, предшествующего кипению, но сам процесс интенсивного парообразования по всему объему (т.е. кипение) не начнется.

Ответ: Нет, вода в пробирке кипеть не будет. Она сможет нагреться до температуры кипения ($100^{\circ}\text{C}$), но для самого процесса кипения необходим непрерывный подвод теплоты, который станет невозможен из-за отсутствия разности температур между водой в кастрюле и водой в пробирке.