Тепловые Явления — Задание 19 ОГЭ по физике №00040243

Разбираемся в картинке. В вертикальной гейзерной трубке снизу оказалась порция пара, а над ней осталась вода — столб высотой $h=10$ м. Вопрос про воду у самой границы с паром: её температура ровно $100$ °С, и надо понять, закипит ли она.

Что вообще такое кипение. Кипение — это парообразование по всему объёму жидкости: внутри воды рождаются и растут пузырьки пара. Пузырёк может расти только тогда, когда пар внутри него давит наружу не слабее, чем жидкость давит на него снаружи. Поэтому «сто градусов» — вовсе не универсальная температура кипения: она справедлива только при нормальном атмосферном давлении. Придавите жидкость сильнее — и кипеть она начнёт при более высокой температуре.

Считаем, чем придавлена наша вода. Сверху давит атмосфера: $p_0=10^5$ Па. Плюс добавляется гидростатическое давление столба воды: $p_{\text{ст}}=\rho g h$, где $\rho=1000\ \text{кг/м}^3$ — плотность воды, $g\approx10$ Н/кг.

$p_{\text{ст}}=1000\cdot10\cdot10=10^5$ Па.

Итого полное давление: $p=p_0+p_{\text{ст}}=10^5+10^5=2\cdot10^5$ Па. Это вдвое больше атмосферного.

Сравниваем. При температуре $100$ °С давление насыщенного пара воды равно как раз нормальному атмосферному, то есть $10^5$ Па. А снаружи на воду давит $2\cdot10^5$ Па — вдвое сильнее. Пузырькам пара такого «отпора» не выдержать: едва зародившись, они будут схлопываться, а не расти.

Вывод. При давлении $2\cdot10^5$ Па вода закипела бы примерно при $120$ °С. Значит, поднятая паром вода при $100$ °С не закипит. Чтобы она вскипела, надо либо нагреть её сильнее, либо чтобы часть столба воды сверху ушла — тогда давление упадёт (именно так и «стреляет» настоящий гейзер).