Проведите и объясните опыт, когда снегом можно вскипятить воду
(рис. 115).

рис. 115

Для объяснения опыта, показанного на рисунке, потребуется понять принципы изменения температуры кипения воды в зависимости от давления.

Теоретическая часть:

1. Температура кипения воды:
   Вода кипит, когда давление пара внутри жидкости становится равным внешнему давлению. При нормальных условиях (атмосферное давление около 101325 Па) вода кипит при температуре 100°C. Однако если давление над поверхностью воды снижено, то температура кипения уменьшается. Это явление объясняется законом зависимости температуры кипения от давления.

2. Зависимость температуры кипения от давления:
   Давление влияет на фазовый переход вещества. Чем ниже давление, тем легче молекулам воды уходить в газовую фазу, то есть кипение начинается при более низкой температуре. На высоких высотах, где атмосферное давление ниже, вода кипит при температуре значительно ниже 100°C. Аналогично, если давление уменьшить искусственно (например, откачивая воздух из закрытого сосуда), температура кипения также снизится.

3. Роль снега:
   Снег используется для охлаждения и поддержания низкого давления в системе, что может быть связано с его свойством быстро поглощать тепло и снижать температуру. Когда холодный снег вводится в систему, он способствует уменьшению температуры и давления, создавая условия для кипения воды.

4. Описание опыта:
   На рисунке изображён прибор, состоящий из сосуда с водой и системы, которая позволяет откачивать воздух над водой, снижая давление. Снег используется для охлаждения внешней части сосуда, чтобы поддерживать низкую температуру и давление. В результате, несмотря на то, что вода остаётся холодной, её кипение происходит. Это явление называется "кипение при низком давлении".

5. Физические процессы в опыте:

   • Снижение давления над водой уменьшает температуру кипения.
   • Снег охлаждает внешнюю часть системы, препятствуя повышению температуры воды.
   • Вода начинает кипеть, поскольку её температура становится достаточной для кипения при низком давлении.

6. Практическое применение:
   Принцип кипения при низком давлении используется в различных технологических процессах, таких как вакуумная сушка, производство продуктов питания (например, вакуумная упаковка), медицинская стерилизация оборудования, а также в научных экспериментах.

Таким образом, опыт демонстрирует важность зависимости температуры кипения от давления, что является ключевым принципом термодинамики.