Всем известно, что вода кипит при 100 °с. но не следует забывать, что это справедливо лишь при нормальном атмосферном давлении (примерно 101 кпа) . кипение - возможно лишь при совершенно определенной (при данном давлении) температуре - температуре кипения. температура, при которой кипит жидкость, называется температурой кипения. кипением называется интенсивное парообразование, при котором внутри жидкости растут и поднимаются вверх пузырьки пара. оно начинается после того, как давление внутри пузырьков сравнивается с давлением внутри окружающей жидкости. во время кипения температура жидкости и пара над ней не меняется. она сохраняется неизменной до тех пор, пока вся жидкость не выкипит.начнем нагревать воду в открытом стеклянном сосуде, периодически измеряя ее температуру. через некоторое время мы увидим, как дно и стенки сосуда покроются пузырьками рассмотрим пузырек, возникающий около горячего дна. увеличиваясь в объеме, пузырек увеличивает площадь своего соприкосновения с еще недостаточно прогревшейся водой. в результате воздух и пар внутри пузырька , их давление уменьшается, и тяжесть слоя воды "захлопывает" пузырек. в этот момент закипающая вода издает характерный шум. он возникает из-за ударов воды о дно сосуда там, где захлопываются пузырьки. при приближении температуры нижних слоев воды к 100 °с давление внутри пузырьков сравнивается с давлением, существующим вокруг них, после чего пузырьки начинают расширяться. с увеличением объема пузырьков растет и действующая на них выталкивающая (архимедова) сила. под действием этой силы наиболее крупные пузырьки отрываются от стенок сосуда и поднимаются вверх. если верхние слои воды еще не успели нагреться до 100 °с, то в такой (более холодной) воде часть водяного пара внутри пузырьков конденсируется и уходит в воду; пузырьки при этом сокращаются в размерах, и сила тяжести заставляет их снова опускаться вниз. здесь они опять увеличиваются и вновь начинают всплывать вверх. попеременное увеличение и уменьшение пузырьков внутри воды сопровождается возникновением в ней характерных звуковых волн: закипающая вода «шумит» . когда вся вода прогреется до 100 °с, поднявшиеся наверх пузырьки уже не сокращаются в размерах, а лопаются на поверхности воды, выбрасывая пар наружу возникает характерное бульканье - вода кипит
N - мощность горелки,
t - искомое время,
Q - затраченное количество теплоты.
Разберемся поэтапно с Q.
На что наша горелка будет затрачивать энергию?
- плавление льда: λ m(л)
- нагрев образовавшейся воды до температуры кипения от начальной - нуля: c m(л) (100 - 0) = 100 c m(л)
- нагрев воды, которая уже находилась в сосуде: c m(в) (100 - 0) = 100 с m(в)
Таким образом, Q = λ m(л) + 100 c m(л) + 100 с m(в).
Запишем найденную формулу Q в формулу мощности:
N = ( λ m(л) + 100 c m(л) + 100 с m(в) ) / t,
откуда искомое время t:
t = ( λ m(л) + 100 c m(л) + 100 с m(в) ) / N.
Упростим выражение (выносим сотню и удельную теплоемкость воды за скобки):
t = ( λ m(л) + 100 c (m(л) + m(в)) ) / N,
t = ( 335*10^3 * 35*10^-2 + 10^2 * 42*10^2 * 9*10^-1) / 1,5*10^3,
t = (117250 + 378000) / 1,5*10^3,
t = (117,25 + 378) / 1,5 ≈ 330,16 c ≈ 5,5 мин