Термодинамика (нет… — Задание ЕГЭ по физике №00017047

Идея

Кипение — это не просто испарение с поверхности, а бурное образование пузырьков пара по всему объёму жидкости. Пузырёк может вырасти и подняться только тогда, когда давление насыщенного пара внутри него сравняется с внешним давлением на жидкость. Это и есть условие кипения.

Шаг 1. Условие кипения

Чтобы пузырьки пара не схлопывались, а росли, давление насыщенного пара $p_{\text{нп}}$ при данной температуре должно сравняться с давлением на жидкость. Давление на жидкость складывается из давления над ней и столбика воды: $p=p_{\text{внеш}}+\rho g h$. Поскольку слой воды тонкий, $\rho g h \ll p_{\text{внеш}}$, и условие упрощается: $p_{\text{внеш}}\approx p_{\text{нп}}$. То есть вода закипает, когда внешнее давление под колоколом становится равным давлению насыщенного пара при этой температуре.

Шаг 2. Берём значение с графика

Нужно, чтобы вода закипела при $40\ ^\circ\!C$. По графику зависимости давления насыщенного пара от температуры (рис. б) находим: при $40\ ^\circ\!C$ давление насыщенного пара составляет около $70$ гПа (см. рисунок). Значит именно до этого значения и надо снизить давление воздуха под колоколом.