В кастрюлю с кипящей водой поместили меньшую кастрюлю тоже с водой. Внутри меньшей кастрюли вода нагрелась до 100 градусов Цельсия, но не закипает. Почему?
В кастрюлю с кипящей водой поместили меньшую кастрюлю тоже с водой. Внутри меньшей кастрюли вода нагрелась до 100 градусов Цельсия, но не закипает. Почему?
Вода в меньшей кастрюле не закипает, потому что для кипения воды необходимо, чтобы ее температура достигла точки кипения, которая на уровне моря составляет 100 градусов Цельсия. Однако, когда вода находится в закрытом сосуде, как в данном случае, давление воздуха внутри сосуда повышается, что препятствует образованию пара и кипению воды. Таким образом, даже если температура воды в меньшей кастрюле достигает 100 градусов Цельсия, она не закипает из-за повышенного давления в сосуде.
Когда меньшую кастрюлю с водой помещают в кипящую воду в большой кастрюле, возникает интересная ситуация с теплопередачей и фазовыми переходами.
Теплопередача через конвекцию и теплопроводность: Вода в большой кастрюле кипит при 100 градусах Цельсия (при нормальном атмосферном давлении). Меньшая кастрюля, находясь в кипящей воде, нагревается за счет теплопередачи через конвекцию и теплопроводность. Вода в меньшей кастрюле также нагревается до 100 градусов Цельсия.
Теплообмен на границе: Температура на границе между большой и меньшей кастрюлями равна температуре кипящей воды, то есть 100 градусов Цельсия. Однако, чтобы вода в меньшей кастрюле начала кипеть, ей нужно получить дополнительную энергию, называемую теплотой парообразования. Эта энергия необходима для перехода воды из жидкого состояния в парообразное.
Отсутствие дополнительного источника энергии: Вода в большой кастрюле кипит за счет энергии, поступающей от нагревательного элемента (например, от плиты). Однако вода в меньшей кастрюле получает тепло только через стенки кастрюли, и это тепло ограничено температурой кипящей воды в большой кастрюле. Поскольку температура на границе не превышает 100 градусов Цельсия, дополнительная энергия, необходимая для преодоления теплотворной способности и начала кипения, не поступает.
Тепловой баланс: Тепловой баланс устанавливается таким образом, что вода в меньшей кастрюле нагревается до 100 градусов Цельсия, но не получает достаточной энергии для перехода в пар. Следовательно, вода в меньшей кастрюле достигает термодинамического равновесия при этой температуре и не закипает.
Атмосферное давление: Атмосферное давление вокруг меньшей кастрюли также играет роль. Вода кипит при температуре, при которой её давление насыщенного пара становится равным внешнему давлению. Поскольку давление в большой кастрюле равно атмосферному давлению, а температура воды в меньшей кастрюле не может превысить 100 градусов Цельсия при этом давлении, кипение не начинается.
Таким образом, вода в меньшей кастрюле достигает температуры кипения, но не закипает, потому что для кипения необходима дополнительная энергия, которая в данной системе не может быть передана через кипящую воду в большой кастрюле.
