Учитель: Здравствуйте! Начинаем наш вечер. Мы назвали его «Физика за чашкой чая». Давайте объясним, все, что увидим, садясь выпить стакан чая. Итак, к столу. Мы начинаем.
(За демонстрационный стол садятся восемь учеников. Ассистент включает в сеть электрический чайник без крышки).
Учитель: У нас все готово. Можно приступить к чаепитию.
1 ученик: Но нет еще чая. Надо чайник закрыть крышкой, тогда вода закипит быстрее.
Учитель: Вы в этом уверены?
1 ученик: Вполне.
Учитель: А как, с точки зрения физики, объяснить, для чего мы накрываем чайник крышкой, когда в нем кипятим воду?
2 ученик: Накрывая чайник крышкой, мы сохраняем в нем тепло, которое сообщает воде нагреватель, уменьшаем теплообмен.
3 ученик (поднимая крышку и заглядывая в чайник):
Я вижу на дне и стенках сосуда пузырьки. Откуда они взялись?
4 ученик: А я слышу шум, исходящий от чайника. Почему он появился?
Учитель: Вот еще два интересных вопроса. Кто ответит на них?
5 ученик: Пузырьки образуются из воздуха, растворенного в воде, а также «прилипшего» к внутренней поверхности чайника. При нагревании воздух расширяется и пузырьки увеличиваются.
6 ученик: А я знаю, почему шумит чайник. В пузырьках кроме воздуха находятся пары воды. Пузырьки растут и всплывают. Попав в верхние более холодные слои воды, они охлаждаются и часть пара в них конденсируется в жидкость, размеры пузырьков сокращаются. Это попеременное увеличение и уменьшение пузырьков и создает шум. Когда вода вся прогреется, поднимающиеся пузырьки уже не будут от охлаждения уменьшаться в размерах. А начнут на поверхности воды лопаться. Шум прекратится и начнется «бульканье». Кстати, это «бульканье» еще не появилось?
7 ученик: Нет.
8 ученик: Чайник скоро закипит. Я слышала, что если во время кипения нагреватель будет работать, то температура воды повышаться не будет. Как-то трудно в это поверить.
Учитель: Сейчас это докажем.
(Выходит ассистент и проводит опыт: опускает в кипящую воду термометр и просит ученика каждые 30 с называть его показания).
1 ученик: Вода в чайнике уже булькает. Она закипела. Можно его отключить от сети?
2 ученик: Но тогда чай остынет.
Учитель: Во-первых, это еще не чай, а кипяток. Во-вторых, кто знает, почему он будет остывать?
3 ученик: Часть тепла воды путем теплопередачи будет передаваться чайнику, а от него путем теплообмена - окружающему пространству. Если еще снять крышку, то вода будет остывать и из-за интенсивного испарения. Напомню, что испарение состоит в том, что с поверхности жидкости отрываются молекулы, обладающие определенным запасом энергии. При отрыве молекул затрачивается также энергия на разрыв молекулярных связей. Вся эта энергия изымается из жидкости и потому, если к жидкости не подводить тепло, она будет остывать.
Учитель: Справедливость последнего утверждения можно доказать простым опытом.
(Ассистент берет одеколон и наливает ученику на руку немного жидкости. Просит его помахать рукой).
4 ученик: Чувствую сильное охлаждение кожи руки.
Голос из зала: У меня такой вопрос: у нас на кухне стоит кувшин с водой, из которого мы всегда наливаем чайник. Если и при комнатной температуре бывает испарение воды, то почему оно происходит?
5 ученик: Испаряются (вылетают из жидкости) те молекулы, которые имеют большую энергию. Но таких молекул немного. Испарение происходит, но неинтенсивно.
Голос из зала: У меня сомнение: вот чайник закипел, из его носика выходит пар, я его вижу. Но пар - это же газ, а газы невидимы. Что же я вижу?
6 ученик: Мы видим туман. Это капельки воды, конденсированные на пылинках воздуха или заряженных частицах.
7 ученик: Вода в нашем чайнике закипела. Все это видят: из носика идет пар. Температура воды в чайнике 100°С. Давайте заваривать чай и пить его.
8 ученик: Интересно: если бы мы налили в чайник то же количество воды, но не сырой, а кипяченой, закипела бы она скорее, если условия нагревания были бы одинаковы?
Голос из зала: Скорее закипит кипяченая. Она ведь однажды уже кипела, ей легче вторично закипеть.
Учитель: Ваш ответ основывается на «памяти» кипевшей воды, этот термин сейчас широко употребляется. Есть другие мнения?
1 ученик: Думаю, что скорее закипела бы сырая вода, но почему?
2 ученик: Сырая вода закипит скорее, это связано с тем, что она содержит растворенный воздух, который при кипячении из нее удаляется. В кипяченой воде пузырьков воздуха мало и они мелкие. Испарение с вогнутой поверхности мало, поэтому давление в пузырьках растет медленно. Поэтому кипяченая вода закипит позже сырой.
Учитель: Думаю, что мы выяснили ряд интересных вопросов, связанных с кипением и парообразованием. Между тем вода в чайнике давно кипит. Перейдем к чаепитию.
3 ученик: Но для этого прежде всего надо заварить чай. Хорошо известно, что вкус чая зависит от того, правильно ли он заварен?
4 ученик: А что значит правильно заварить чай?
5 ученик: Это значит заварить так, чтобы вкусовые вещества, входящие в состав чайного листа, в возможно большем количестве перешли в воду. Известно, что вкус чая зависит от температуры, при которой он заварен. Чем выше температура в момент заварки, тем чай вкуснее.
6 ученик: У меня в связи с этим возникает такой вопрос: в каком чайнике - металлическом или фарфоровом - лучше это делать?
Голос из зала: Разрешите, я отвечу. Я считаю, что лучше заваривать чай в металлическом чайнике. Когда мы будем наливать туда кипяток, чайник быстро нагреется, т.к. удельная теплоемкость металла большая, поэтому чай будет завариваться при более высокой температуре.
7 ученик: Но ты не учел, что металлический чайник, обладая большой теплопроводностью, будет быстро отдавать тепло окружающей среде и вода в нем станет быстро остывать. Фарфоровый чайник медленнее нагревается, но зато и остывает медленнее, поэтому он хорошо сохраняет тепло. По-моему, лучше брать его.
8 ученик: Для того, чтобы внутренние стенки заварочного чайника имели более высокую температуру в момент заварки, рекомендуется перед засыпкой чая ополоснуть чайник кипятком. Тогда меньше тепла от воды уйдет на его прогрев.
Учитель: Давайте теперь заварим чай.
(Ассистент заваривает чай в фарфоровом чайнике).
Учитель: У нас есть кипяток, заваренный чай, стаканы. Теперь надо выполнить еще одну существенную операцию: налить каждому чай в стакан.
1 ученик: Ребята! Слышите: нас предупреждают о стаканах. Я чувствую, это связано с новыми вопросами по физике.
2 ученик: Я действую так: опускаю ложечку в свой пустой стакан и он готов к разливу чая.
3 ученик: Я все поняла и следую твоему примеру (опускает в стакан свою ложку). Ложечка металлическая, она обладает большой теплопроводностью и будет забирать часть тепла, когда мы нальем кипяток. Стекло от этого будет нагреваться медленнее и стакан не лопнет.
4 ученик: Эта мера предосторожности достаточна для того, чтобы стакан не лопнул?
5 ученик: Да, но все же желательно наливать чай медленно. Наружная поверхность стенки стакана успеет при этом прогреться и деформации не произойдет.
(Два ассистента приступают к разливу чая).
Ассистент: Что раньше наливать - заварку или кипяток?
6 ученик: Мне кажется безразлично, если их температуры одинаковы.
7 ученик: Это верно, но на практике всегда температура заварки меньше, и поэтому безопаснее раньше налить заварку, а уж потом кипяток.
(Ассистенты подают сахар-песок. Ребята кладут ложечками сахар в чай, помешивая).
Учитель: Я вижу, что все довольно активно занялись одной и той же операцией. Это необходимо или делается машинально?
8 ученик: Мы положили сахар в чай, чтобы тот имел сладкий вкус. Сахар растворяется в жидкости. Молекулы сахара при этом вследствие своего хаотического движения и диффузии распределяются по всему объему чая. При помешивании происходит перемешивание слоев жидкости, что убыстряет процесс.
9 ученик: А я вот что скажу. Мне наполнили стакан чаем до краев так, чтоб нельзя было долить ни одной капли. Между тем я осторожно сыпала сахар, и чай не переливался через край. Почему? В чем дело? Как поместился сахар в полный стакан?
Учитель: Какой интересный вопрос!
1 ученик: Я хочу ответить. Когда всыпали сахар, то он растворился и его молекулы разместились между молекулами воды, при этом образовался раствор. Молекулы сахара, заняв промежутки между молекулами воды, как бы уплотнили вещество.
Учитель: Все! Пьем чай! Осторожно, он горячий!
2 ученик: Я дую на него.
3 ученик: Я наливаю чай в блюдце.
4 ученик: Зачем они это делают?
5 ученик: Мы дуем на чай, чтобы повысить скорость испарения, удаляя от поверхности жидкости молекулы пара. Когда чай наливаем в блюдце, увеличиваем площадь испарения, процесс испарения идет быстрее.
6 ученик: Опять физика! А чай вкусный, и мы его с удовольствием пьем!
2 466
19 952 
