Тепловые Явления

Задание №18. Текстовая Качественная Задача

№2. Задание 18

ID: 00011406

Гейзеры

Гейзеры располагаются вблизи действующих или недавно уснувших вулканов. Для извержения гейзеров необходима теплота, поступающая от вулканов.

Чтобы понять физику гейзеров, напомним, что температура кипения воды зависит от давления.

Представим себе 20-метровую гейзерную трубку, наполненную горячей водой. По мере увеличения глубины температура воды растёт. Одновременно возрастает и давление: оно складывается из атмосферного давления и давления столба воды в трубке. При этом везде по длине трубки температура воды оказывается несколько ниже температуры кипения, соответствующей давлению на той или иной глубине.

Теперь предположим, что по одному из боковых протоков в трубку поступила порция пара. Пар вошёл в трубку и поднял воду до некоторого нового уровня, а часть воды вылилась из трубки в бассейн. При этом температура поднятой воды может оказаться выше температуры кипения при новом давлении, и вода немедленно закипает.

При кипении образуется пар, который ещё выше поднимает воду, заставляя её выливаться в бассейн. Давление на нижние слои воды уменьшается, так что закипает вся оставшаяся в трубке вода. В этот момент образуется большое количество пара; расширяясь, он с огромной скоростью устремляется вверх, выбрасывая остатки воды из трубки, — происходит извержение гейзера.

Но вот весь пар вышел, трубка постепенно вновь заполняется охладившейся водой. Время от времени внизу слышатся взрывы — это в трубку из боковых протоков попадают порции пара. Однако очередной выброс воды начнётся только тогда, когда вода в трубке нагреется до температуры, близкой к температуре кипения.

Можно ли воду, имеющую температуру 80 °C, заставить кипеть, не нагревая ее? Ответ поясните.

Источник: ФИПИ

Решение

Дано:

t = 80 \text{ °C}

Найти:

Объяснить, можно ли заставить воду кипеть без нагрева. ⠀

Решение:

Да, можно. Температура кипения жидкости зависит от внешнего давления: чем меньше давление, тем ниже температура кипения. Из графика зависимости давления насыщенного пара воды от температуры известно, что при давлении

$0{,}5$

атм вода кипит при

80\text{ °C}

. Следовательно, если понизить внешнее давление до

$0{,}5$

атм, температура кипения воды снизится до

80\text{ °C}

p_{\text{внеш}} = 0{,}5 \cdot 10^5 \text{ Па} \Rightarrow T_{\text{кип}} = 80 \text{ °C}

При этой температуре давление насыщенного пара воды сравняется с внешним давлением, и вода закипит, несмотря на то что её температура не была повышена.

Ответ

Да, можно. Нужно понизить внешнее давление до 0,5 атм — тогда температура кипения воды снизится до 80 °C, и вода закипит без нагрева.

Видеоразбор

Другие задания по теме «Тепловые Явления» (8)