Идея

Трубка — как перевёрнутый «барометр на воде»: запаянный верх, открытый низ под водой. Что держит воду наверху и не даёт ей вытечь? Снизу через открытый конец на воду давит атмосфера, а сверху давит то, что окажется в запаянном конце, плюс вес самого столба воды. Запишем равновесие у нижнего открытого среза.

Что происходит при комнатной температуре

Сначала трубка полна воды, над водой пустоты почти нет. Атмосферное давление \approx100 кПа способно удержать столб воды высотой около 10 м, а у нас всего полметра. Поэтому при комнатной температуре вода спокойно стоит — трубка остаётся полной. Баланс давлений у нижнего конца: p_{\text{атм}} = p_{\text{пар}} + \rho g h, где p_{\text{пар}} — давление насыщенного пара воды над её поверхностью в трубке (при 20\,^{\circ}C оно совсем мало), а \rho g h — давление столба воды высотой h.

Что меняется при нагревании до кипения

Греем воду — она в трубке испаряется, и в запаянном верху копится насыщенный пар. Главное свойство насыщенного пара: его давление быстро растёт с температурой. А кипение — это как раз тот момент, когда давление насыщенного пара становится равным внешнему (атмосферному): p_{\text{пар}} = p_{\text{атм}}.

Подставим это в баланс: p_{\text{атм}} = p_{\text{атм}} + \rho g h, откуда \rho g h = 0, то есть h = 0. Удерживать наверху хоть какой-то столб воды стало нечем: пар сверху давит так же сильно, как атмосфера снизу, и сила тяжести столба ничем не уравновешена. Поэтому вода целиком стекает вниз.

Вывод

К моменту закипания вода полностью покидает трубку: уровень опускается до её нижнего открытого конца, а вся трубка заполняется насыщенным водяным паром.