Физика за чашкой чая

Вопрос №1

Перед вами чайник. Как вы думаете, почему, ставя его кипятить, чайник закрывают крышкой?

Ответ

• Если чайник открыт, то часть молекул воды, имеющих большую кинетическую энергию, будет беспрепятственно улетать в пространство над чайником, унося с сбой свою энергию; поэтому к чайнику нужно дольше подводить энергию извне, и он долго не закипает. Закрытый чайник закипит быстрее.

Вопрос №2

• Какими будет мои ощущения, если я возьму крышку с горячего металлического чайника за пластмассовую ручку? Как вы их объясните?

Ответ

• Пластмасса имеет малую теплопроводность, поэтому руке не будет горячо.

Вопрос №3

• Вода в чайнике уже закипела, из носика вырвалась наружу струя пара… Но ведь пар считается невидимым! Что же мы видим в действительности?

Ответ

• Пар невидим. Вырвавшись из носика чайника, он в прохладном воздухе конденсируется, образуя мельчайшие капельки воды; вот их-то мы и видим.

Вопрос №4

• Разливая чай, я случайно капнул из носика чайника на руку кипяток. Ощущение было почти такое, как если бы мне укололи руку иголкой. Почему?

Ответ

• Молекулы кипящей воды имеют большую скорость движения, поэтому мгновенно пробивают верхнюю часть кожи и проникают в ткани мышц, вызывая ощущение боли.

Вопрос №5

• Какую температуру имеет кипящая вода в чайнике?

Ответ

• 100С

Вопрос №6

• Всегда ли кипит вода при 100С?

Ответ

• Все зависит от давления над поверхностью воды: чем меньше давление, тем температура меньше. В горах вода кипит при 90С, а котельных при 200С.

Вопрос №7

• Каким простым способом можно повысить температуру кипения воды в чайнике?

Ответ

• Увеличить давление над поверхностью воды. Для этого надо плотно закрыть чайник крышкой, сверху положить груз, в носик вставить пробку.

Вопрос №8

• В каких кухонных приборах применяются этот способ – увеличения давления над кипящей жидкостью? Для каких целей?

Ответ

• В сковородках. Увеличение давления вызывает повышение температуры кипения. Жидкость прогревается до температуры выше 100С. При этом пища проваривается быстрее и лучшее.

Вопрос №9

• А что такое кипение?

Ответ

• Кипение – это процесс интенсивного испарения жидкости при определенной температуре, сопровождающийся быстрым образованием и ростом пузырьков пара, прорывающихся через поверхность жидкости наружу и лопающихся там.

Вопрос №10

• Обратите внимание на заварочный чайник. В его крышке сделана небольшая дырочка. Зачем?

Ответ

• В чайниках наливают горячую воду; она испаряется. Если в крышке чайника нет дырочки, то между крышкой и слоем воды скапливается пар и образуется повышенное давление, под влиянием которого вода будет выливаться из носика.

Вопрос №11

• Я прошу наливать мне горячий чай в стакан, но предупреждаю, что он толстостенный. Какая опасность поджидает вас и меня? Почему?

Ответ

• Стакан может лопнуть; внутренние стенки, соприкасающиеся с горячей жидкостью, сразу же расширяется, в то время как внешние еще не успеют прогреться и сохраняют свои размеры: от этого стекло деформируется и происходит его разрушение.

Вопрос №12

• Как надо поступить, наливая кипяток, чтобы толстостенный стакан лопнул?

Ответ

• Необходимо в стакан опустить металлическую ложечку: она примет часть тепла, температура воды станет меньше: деформация не окажется столь сильной.

Вопрос №13

• А для чего у чашек сделаны ручки?

Ответ

• Ручка позволяет брать горячую чашку, не обжигая при этом пальцы. Она менее горяча, чем чашка, так как соприкасается с ней всего двумя точками, т.е. слабо связана с источником тепла.

Вопрос №14

• Некоторые мужчины пьют чай из стаканов, вставленных в металлические подстаканники. Влияет ли подстаканник на качество чая?

Ответ

• Металлический подстаканник охлаждает чай, так как сам быстро нагревается: ведь металл имеет малую удельную теплоёмкость и большую теплопроводность.

Вопрос №15

• Чтобы подстаканник быстрее охлаждал чай, из какого материала нужно его изготовить?

Ответ

• Из такого, у которого теплопроводность возможно больше, а удельная теплоёмкость возможно меньше; например из серебра, золота.

Вопрос №16

• Вы, наверное, наблюдали, как старые люди в деревнях пьют чай: наливают его в блюдце и дуют, держа блюдце на кончиках пальцев.

Ответ

• У чая, налитого в блюдце, большая поверхность соприкосновения с воздухом, поэтому интенсивно идут теплообмен и испарение – чай остынет. Когда дуют на поверхность чая, процесс испарения ускоряется, а это тоже понижает температуру жидкости. Площадь соприкосновения кончиков пальцев и блюдечка очень мала, поэтому рука не так сильно чувствует большую температуру блюдца.

Эксперимент

• А сейчас проведём следующее. Положите в чашку ложку сахарного песка и налейте заварку: затем осторожно влейте кипяток. Не мешайте чай. Теперь попробуйте его. Почему чай не будет сладкий?

Ответ

• Чтобы весь чай стал сладким, нужно время, в течении которого молекулы жидкости и сахара сами собой перемещаются, т.е. произойдёт диффузия. В данном случае это не успело совершиться, и мы процессу не помогали помешиванием ложечкой. Поэтому в верхней части чашки чай совсем не сладкий.

Вопрос №17

• До какой температуры остынет горячий чай, если оставить чашку с ним в комнате до утра?

Ответ

• До температуры воздуха в помещении.

Вопрос №18

• Что необходимо сделать, чтобы чай в чашке как можно дольше оставался горячим?

Ответ

• Уменьшить теплопроводность и теплообмен.

Вопрос №19

• А сейчас – вопрос о печенье. Печенье легко разломит, но не возможно соединить куски. Почему?

Ответ

• Когда печенье ломаем, то нарушаем молекулярные связи. При соединение не удается сблизить куски на такое расстояние, чтобы начали проявляться силы молекулярного притяжения.

Спасибо за урок .