Патрик Котзаогланиан - Пособие для ремонтника. Справочное руководство

Иллюстрация № 2" title="Книгаго, чтение книги «Пособие для ремонтника. Справочное руководство» [Картинка № 2]">
Пусть прозрачная емкость с водой, например, при температуре 30 °C, соединена с атмосферой, то есть находится при атмосферном давлении.

Видно, что вода неподвижна и не кипит. Однако, при подключении емкости к мощному вакуумному насосу, после начала вакуумирования можно заметить, что вода начинает закипать, хотя ее температура составляет только 30 °C.

Это явление может быть объяснено следующим образом:

Поверхность воды находится под действием двух сопряженных сил, которые направлены друг против друга (см. рис. 1.2).

► Первая сила Fi — внутренняя сила жидкости, направленная снизу вверх и стремящаяся вытеснить воду из сосуда.

► Вторая сила Fe — внешняя сила, которая, напротив, стремиться удержать воду внутри сосуда.

 До тех пор, пока противоположно направленные силы Fi и Fe уравновешены, они взаимно нейтрализуются и в сосуде ничего не происходит.

Вакуумирование вызывает кипение воды

Вакуумирование понижает давление над жидкостью и тем самым уменьшает силу Fe. Следовательно, когда в результате вакуумирования сила Fe становится меньше силы Fi, вода не может оставаться внутри сосуда и начинает выходить из него в виде пара: вода кипит (испаряется).

Подогрев воды также вызывает ее кипение

Поскольку подогрев увеличивает внутреннюю силу Fi, действующую в жидкости.

Когда в результате подогрева сила Fi становится больше силы Fe, внешняя сила больше не может удерживать воду в сосуде и поэтому начинается ее кипение.

 Итак, чтобы вызвать кипение жидкости достаточно либо повысить внутреннюю силу (подогревая жидкость), либо понизить внешнее давление над ее свободной поверхностью (вакуумируя сосуд).

Б) Как вызвать кипение воды, поливая сосуд холодной водой

В предыдущем эксперименте мы вскипятили воду, вакуумируя сосуд и нарушая тем самым равновесие между силами Fe и Fi. Когда вода полностью закипит, закроем изолирующий вентиль сосуда на выходе из него (см. рис. 1.3). Кипение полностью прекращается.

Это объясняется тем, что молекулы пара, образующиеся в процессе кипения жидкости, скапливаясь над ее поверхностью, увеличивают давление в сосуде.

Когда давление становится достаточным для установления нового состояния равновесия между силами Fe и Fi, кипение сразу же останавливается.

Однако, будучи прекращенным, кипение начинается с новой силой, если сосуд поливать холодной водой!

Это явление, на первый взгляд крайне парадоксальное, объясняется тем, что небольшая масса водяных паров, содержащихся в емкости, охлаждается значительно быстрее, чем большая масса воды.

В результате пары воды сжимаются быстрее, чем жидкость, и внешняя сила Fe (действующая в паровой фазе) уменьшается быстрее, чем внутренняя сила Fi (действующая в жидкости).

Когда сила Fe становится меньше силы Fi равновесие нарушается и кипение возобновляется (этот легко осуществимый эксперимент, который позволил автору выиграть множество пари, может быть поставлен с помощью прибора, известного под названием колбы Франклина).

В) Разница в удельной массе жидкости и ее пара

Говоря об удельной массе тела, укажем, что под этим понятием подразумевается масса единицы объема данного тела (например, мы знаем, что 1 литр воды имеет массу 1 килограмм).

Один литр жидкого R22 при температуре 20 °C имеет массу около 1,2 кг, однако 1 литр паров R22, при той же температуре и --">