Global EE

Тепловые Явления — Задание 18 ОГЭ по физике №00018543

Задание №18. Текстовая Качественная Задача

Тепловые Явления

№2. Задание 18

ID: 00018543

Можно ли воду, имеющую температуру $80\ ^\circ\text{C}$, заставить кипеть, не нагревая её? Ответ поясните.

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 (см. рисунок).

Рисунок к заданию 18 ОГЭ по физике — Тепловые Явления

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.

Источник: ФИПИ

Решение

Вода закипает, когда её температура становится равной температуре кипения. Обычно для этого воду нагревают. Но есть и второй путь: оставить температуру воды прежней, а понизить саму температуру кипения.

В тексте про гейзеры сказано, что температура кипения воды зависит от давления, и приведён график этой зависимости. По графику видно: чем меньше давление, тем ниже температура кипения.

Найдём на графике точку, соответствующую $80\ ^\circ\text{C}$. Отметке $80\ ^\circ\text{C}$ на вертикальной оси соответствует давление $0{,}5$ атм на горизонтальной. То есть при давлении, вдвое меньшем нормального атмосферного, вода кипит уже при $80\ ^\circ\text{C}$. Для сравнения: при давлении $1{,}0$ атм температура кипения равна $100\ ^\circ\text{C}$.

Значит, нужно понизить давление над водой до $0{,}5$ атм. Например, поместить сосуд с водой под колпак и откачивать из-под него воздух. Как только давление упадёт до $0{,}5$ атм, температура кипения сравняется с температурой воды, и вода закипит без всякого нагревания.

Именно так закипает вода в трубке гейзера: когда часть воды выливается, давление на нижние слои падает, и вода, температура которой оказалась выше новой температуры кипения, сразу вскипает.

Ответ на вопрос: да, можно — для этого нужно понизить давление над водой.

Ответ

Да, можно: нужно понизить давление над водой так, чтобы температура кипения упала до $80\,^\circ\mathrm{C}$ — тогда вода закипит без нагрева.

Другие задания по теме «Тепловые Явления» (8)