Что будет происходить с водой в сосуде

Трудное детство Оракул (70033) 11 лет назад

вода закипит, образование пара будет происходить за счет уменьшения внутренней энергии воды, т. е. температура воды будет понижаться и она замерзнет. сделаем оценку, сколько воды испарится, а сколько превратится в лед.

уравнение теплового баланса cm(t-0)=L(M-m), вопрос только в том: чему равна L (ведь она зависит от температуры) . мне были известны значения L при

0С, 50С, 100С, 200С (из таблицы) , я построил график зависимости L от t и экстрополировал его в область отрицательных температур. если принять t космоса -273, получается L= 305*10^4Джкг, тогда подставляя все данные

c=0.42*10^4Джкг град, t =20С, получаем m=0.97M. после испарения 0,03 массы воды остальная вода замерзнет. на это потребуется очень маленькое время.

Источник: опыт

White Rabbit Искусственный Интеллект (312923) 11 лет назад

В открытом космосе жидкая вода (очевидно! ) существовать не может. Это вы и сами должны знать 🙂

А раз так, она вскипит, паром будет выброшена из сосуда и выкипит вся уже дробясь на мелкие капельки и замерзая при этом.

Так что прав ТОЛЬКО ДЗавр.

Остальныке отвечали про воду в невесомости, но при атмосферном давлении, а не в вакууме… .

Ну и Леонид конечно прав! – он всегда прав 🙂

Alexander Goponenko Мыслитель (8007) 11 лет назад

Вопрос, кстати, очень интересный и заслуживает экспериментальной проверки. Предсказать, что будет на самом деле, не просто. Может взорвется, а может и нет. При этом, и вода в невесомости, и вода в вакууме при земной гравитации вполне хорошо изучены.

1. Вода в невесомости. Известно, что свободно летающая жидкость в невесомости принимает форму шара, но это явление вызывает какой-то нездоровый фанатизм. Не в каждом сосуде жидкости не терпится принять форму шара. Часто поверхностная энергия на границе жидкость-твердое тело ниже, чем на границе жидкость-газ или жидкость-вакуум. Это легко установить по углу смачивания. Угол меньше 90 градусов – жидкость прилипает к сосуду и в невесомости она ни о каком шаре и не подумает. Напротив, она еще сильнее расползётся по стенкам сосуда, возможно вплоть до того, что в форме шара окажется пузырь воздуха в центре сосуда.

2. Пузырьки в воде в невесомости. Пузыри в невесомости не так разрушительны как при гравитации. За счет гравитации пузыри стремятся вверх и лопаются на поверхности. В невесомости пузырям, по большему счету, все равно где находится. Идеальное место – в центре жидкости, но это не так критично. Если в жидкости только один пузырь, он будет находится в центре и будет расти пока стенки жидкости устойчивы, т.е. долго. Если пузырей несколько, то они “отталкиваются”. Их форма искривляется и может оказаться нестабильной. Это заканчивается либо слиянием пузырей, либо лопанием какого-нибудь пузыря рядом с поверхностью (см. видео https://www.youtube.com/watch?v=q9Sh1-DPcEg начиная с 2:45). Лопание пузырей, однако, в невесомости происходит реже, чем при гравитации.

3. Вода в вакууме. Во-первых, не надо путать испарение с кипением. Кипение – есть сложный динамический процесс, протекающий с образованием пузырьков. Переход жидкости в газ есть испарение, и возможно только на поверхности, в т.ч. и поверхности пузырьков. Интенсивность кипения зависит от наличия в жидкости “зародышей” пузырьков. Такими зародышами могут быть микропузырьки на какой-нибудь твердой примеси либо микропузырьки образовавшиеся в результате флуктуации. Внутри пузырька давление выше из-за поверхностного натяжения. Чем меньше пузырек, тем выше давление. Если парциальное давление жидкости в пузырьке выше давления насыщенного газа, то испарения в этом пузырьке не происходит. Понятно, что примеси для кипения предпочтительнее, чем флуктуации. Чистая вода при комнатной температуре не очень-то кипит даже в вакууме. Другим фактором, вызывающим кипение является растворенный воздух. Вот типичное видео кипения воды в вакууме при комнатной температуре: https://www.youtube.com/watch?v=NK_BCS0CuLc

На 50-й секунде мы наблюдаем большое количество пузырьков, но это – растворенный воздух. На 1:10 кипение становится весьма умеренным. Оно выглядит как ряд взрывов, но в невесомости может быть иным, т.к. в невесомости пузырьки остаются в жидкости и не стремятся вверх.

Итак. Испарение воды в вакууме будет, но “мгновенно” она не выкипит. Интенсивность кипения будет зависеть от количества растворенного воздуха и примесей, и температуры. Скорее всего, на начальном этапе образуется много пузырьков, которые либо приведут к полному разрушению, либо будут мирно в ней “плавать” сливаясь с друг другом. Далее рост и образование пузырей замедлится. Это замедление будет выражено больше, чем при гравитации, т.к. в невесомости площадь поверхности “капли” будет также расти и будет сравнима с поверхностью пузырей. О форме жидкости сказать сложно. Скорее всего, она будет оставаться в сосуде, пока будет умещаться внутри вместе со всеми пузырями. После этого, она скорее всего начнет окружать сосуд пока не “поглотит” его и тогда только примет форму шара. В маловероятном случае, когда сосуд не смачивается жидкостью, жидкость отделится от сосуда при первой же возможности. В какой-то момент жидкость начнет замерзатью. Какая-то часть воды отделится в качестве мелких частичек, но большая часть, скорее всего, останется вместе.

Источник

Гениальный учёный Архимед, живший в древнегреческих Сиракузах в III веке до нашей эры, прославился среди современников как создатель оборонительных машин, способных перевернуть боевой корабль. Другое его изобретение, «Архимедов винт», по сей день остаётся важнейшей деталью гигантских буровых установок и кухонных мясорубок. Мир обязан Архимеду революционными открытиями в области оптики, математики и механики.

Его личность окутана легендами, порой весьма забавными. С одной из них мы и начнём нашу статью.

«Эврика!» Открытие закона Архимеда

Однажды царь Сиракуз Гиерон II обратился к Архимеду с просьбой установить, действительно ли его корона выполнена из чистого золота, как утверждал ювелир. Правитель подозревал, что мастер прикарманил часть драгоценного металла и частично заменил его серебром.

В те времена не существовало способов определить химический состав металлического сплава. Задача поставила учёного в тупик. Размышляя над ней, он отправился в баню и лёг в ванну, до краёв наполненную водой. Когда часть воды вылилась наружу, на Архимеда снизошло озарение. Такое, что учёный голышом выскочил на улицу и закричал «Эврика!», что по-древнегречески означает «Нашёл!».

Он предположил, что вес вытесненной воды был равен весу его тела, и оказался прав. Явившись к царю, он попросил принести золотой слиток, равный по весу короне, и опустить оба предмета в наполненные до краёв резервуары с водой. Корона вытеснила больше воды, чем слиток. При одной и той же массе объём короны оказался больше, чем объём слитка, а значит, она обладала меньшей плотностью, чем золото. Выходит, царь правильно подозревал своего ювелира.

Так был открыт принцип, который теперь мы называем законом Архимеда:

На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела.

Эта выталкивающая сила и называется силой Архимеда.

Формула силы Архимеда

На любой объект, погружённый в воду, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Таким образом, вес объекта, погружённого в воду, будет отличаться от его веса в воздухе в меньшую сторону. Разница будет равна весу вытесненной воды.

Чем больше плотность среды – тем меньше вес. Именно поэтому погрузившись в воду, мы можем легко поднять другого человека.

Выталкивающая сила зависит от трёх факторов:

• плотности жидкости или газа (p);
• ускорения свободного падения (g);
• объёма погружённой части тела (V).

Сопоставив эти данные, получаем формулу:

Как действует сила Архимеда

Поскольку сила Архимеда, действующая на тело, зависит от объёма его погружённой части и плотности среды, в которой оно находится, можно рассчитать, как поведёт себя то или иное тело в определённой жидкости или газе.

Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа – оно будет плавать на поверхности.

Если плотности тела и жидкости или газа равны – тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.

Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, – оно уйдёт на дно.

Сила Архимеда в жидкости: почему корабли не тонут

Корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Но если корабль получит пробоину и пространство внутри заполнится водой, то общая плотность судна увеличится, и оно утонет.

В подводных лодках существуют специальные резервуары, заполняемые водой или сжатым воздухом в зависимости от того, нужно ли уйти на глубину или подняться ближе к поверхности. Тот же самый принцип используют рыбы, наполняя воздухом специальный орган – плавательный пузырь.

На тело, плотно прилегающее ко дну, выталкивающая сила не действует. Это учитывают при подъёме затонувших кораблей. Сначала судно слегка приподнимают, позволяя воде проникнуть под него. Тогда давление воды начинает действовать на корабль снизу.

Но чтобы поднять корабль на поверхность, необходимо уменьшить его плотность. Разумеется, воздух в получившем пробоину корпусе не удержится. Поэтому его заполняют каким-нибудь лёгким веществом, например, шариками пенополистирола.

Примечательно, что эта идея впервые пришла в голову не учёным, а авторам диснеевского комикса, в котором Дональд Дак таким образом поднимает со дна яхту Скруджа Макдака. Датский инженер Карл Кройер (Karl Krøyer), впервые применивший метод на практике, по собственному признанию вдохновлялся «Утиными историями».

‍Дональд Дак поднимает со дна яхту при помощи шариков для пинг-понга.

© Walt Disney Corporation, 1949

‍

Сила Архимеда в газах: почему летают дирижабли

В воздухе архимедова сила действует так же, как в жидкости. Но поскольку плотность воздуха обычно намного меньше, чем плотность окружённых им предметов, выталкивающая сила оказывается ничтожно мала.

Впрочем, есть исключения. Воздушный шарик, наполненный гелием, стремится вверх именно потому, что плотность гелия ниже, чем плотность воздуха. А если наполнить шар обычным воздухом – он упадёт на землю. Плотность воздуха в нём будет такая же, как у воздуха снаружи, но более высокая плотность резины обеспечит падение шарика.

Этот принцип используется в аэростатах – воздушные шары и дирижабли наполняют гелием или горячим воздухом (чем горячее воздух, тем ниже его плотность), чтобы подняться, и снижают концентрацию гелия (или температуру воздуха), чтобы спуститься. На них действует та же выталкивающая сила, что и на подводные лодки. Именно поэтому перемещения на аэростатах называют воздухоплаванием.

Учите физику вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду PHYSICS72020 вы получите бесплатный доступ к курсу физики 7 класса, в котором изучается архимедова сила.

Когда сила Архимеда не работает

• Если тело плотно прилегает к поверхности. Если между телом и поверхностью нет жидкости или газа – нет и выталкивающей силы. Именно поэтому подводным лодкам нельзя ложиться на илистое дно – мощности их двигателей не хватит, чтобы преодолеть давление толщи воды сверху.
• В невесомости. Наличие веса у жидкости или газа – обязательное условие для возникновения архимедовой силы. В состоянии невесомости горячий воздух не поднимается, а холодный не опускается. Поэтому на МКС создают принудительную конвекцию воздуха с помощью вентиляторов.
• В растворах и смесях. Если в воду налить спирт, на него не будет действовать сила Архимеда, хотя плотность спирта меньше плотности воды. Поскольку связь между молекулами спирта слабее, чем связь молекул воды, он растворится в воде, и образуется новая жидкость – водный раствор спирта.

Источник

Главная

» FAQ » Молекулярно-кинетическая теория

51.На дно герметически закрытого сосуда налита вода. На полке внутри этого сосуда стоит банка с водой. Какие изменения произойдут в этой системе через продолжительное время? Температура системы поддерживается постоянной.

52.Не является ли нарушением второго начала термодинамики процесс, описанный в предыдущей задаче, в результате которого некоторое количество теплоты в теплоизолированной системе передается от холодного тела к более нагретому?

53.Манометр парового котла показывает 13 атм, а термометр показывает температуру пара 370° С. Какой это пар: насыщенный или перегретый?

54.Пробирка наполнена водой и открытым концом опущена в стакан с водой (рис. 94). Изменится ли уровень воды в пробирке, если установку нагреть до точки кипения воды?

55.В трубке барометра В (рис. 95) над ртутью находится вода, в трубке С – серный эфир. Уровни ртути соответствуют температуре 30° С. Как изменятся уровни ртути в трубках, если температура повысится до 35° С?

56.Почему, когда вода в кастрюле кипит в печи, «пара» не видно, а когда кастрюлю вынут из печи, то «пар» делается видимым?

57.Можно ли всасывающим водяным насосом поднять кипящую воду?

58.Парообразование при кипении происходит при постоянной температуре, а парообразование при испарении – с понижением температуры. Чем обусловлена такая разница?

59.Можно ли вскипятить воду, подогревая ее паром при температуре 100° С? Атмосферное давление считать нормальным.

60.Будет ли кипеть вода в стакане, плавающем в сосуде, в котором кипит вода?

61.Изменится ли ответ на вопрос предыдущей задачи, если в воде, находящейся в сосуде, растворить несколько столовых ложек поваренной соли?

62.Большой сосуд с кипяченой водой, в котором плавает стакан с сырой водой, ставят на нагреватель. Через некоторое время вода в стакане закипает раньше, чем в сосуде. Объясните явление.

63.Для варки клея устраивают сосуд с двойными стенками, между которыми наливают воду. Зачем это делают?

64.При заваривании кофе температура воды должна быть около 100° С, но вода не должна при этом кипеть. Предложите способы, позволяющие осуществить указанное действие при соблюдении этих двух условий.

65.В закрытом цилиндре в равных объемах находятся вода и водяной пар, близкий к состоянию насыщения, а) Начертите график, показывающий, как изменяется давление в цилиндре при изотермическом сжатии содержимого,

66.Имеются три непрозрачных цилиндра, закрытых подвижными поршнями. Известно, что в одном цилиндре находится газ при температуре выше критической, в другом – насыщенный, а в третьем – ненасыщенный пар.

67.Что произойдет, если нагреть жидкость в плотничьем уровне до очень высокой температуры? Каков предел изменения размеров пузырька?

68.Начертите в координатах V, р три изотермы для вещества при температурах ниже критической, критической и выше критической. Укажите на диаграмме точки, соответствующие критическому объему и давлению.

69.Температура воздуха 30° С. Возможно ли, производя соответствующее давление, обратить при этой температуре углекислый газ в жидкое состояние?

70.При критической температуре удельная теплота парообразования всякой жидкости равна нулю. Почему?

71.Если газ, нагретый выше критической температуры, сильно сжать, а затем дать ему возможность быстро расшириться, то на некоторое время появляется туман, служащий признаком обращения газа в жидкое состояние. Отчего это происходит?

72.В прочный сосуд поместили воду и нагрели ее до 500° С, давление увеличилось до 500 атм. Жидкость или газ находится в сосуде?

73.На рисунке 96 показана зависимость давления насыщенных паров от температуры (кривая ABCD). Почему эта зависимость в отличие от закона Шарля для газов не является линейной?

74.В каком состоянии вещества плотность повышается с повышением температуры и почему это происходит?

75.Газ превращается в жидкость, если его сжать и понизить температуру. Почему же при расширении газа в пустоту он может также превратиться в жидкость?

На дно герметически закрытого сосуда налита вода. На полке внутри этого сосуда стоит банка с водой. Какие изменения произойдут в этой системе через продолжительное время? Температура системы поддерживается постоянной.

Как изменится результат, если система теплоизолирована?

Уровни воды в сосудах находятся на разной высоте. Поэтому давление пара над поверхностью воды в сосудах будет различным. Вследствие этого вода в банке будет все время испаряться и конденсироваться на дне сосуда. Если система теплоизолирована, то одновременно с этим она будет охлаждаться в банке и нагреваться на дне сосуда.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Не является ли нарушением второго начала термодинамики процесс, описанный в предыдущей задаче, в результате которого некоторое количество теплоты в теплоизолированной системе передается от холодного тела к более нагретому?

Нет, так как при этом сила тяжести совершает некоторую работу и нагревателю (вода на дне сосуда) передастся не только количество теплоты, взятое у холодильника (вода в банке), но и энергия, равная изменению потенциальной энергии сконденсировавшейся массы воды при ее переходе из банки на дно сосуда.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Манометр парового котла показывает 13 атм, а термометр показывает температуру пара 370° С. Какой это пар: насыщенный или перегретый?

Перегретый.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Пробирка наполнена водой и открытым концом опущена в стакан с водой (рис. 94). Изменится ли уровень воды в пробирке, если установку нагреть до точки кипения воды?

При кипении вода в стакане и в пробирке будет на одном уровне, в пробирке будет пар.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

В трубке барометра В (рис. 95) над ртутью находится вода, в трубке С – серный эфир. Уровни ртути соответствуют температуре 30° С. Как изменятся уровни ртути в трубках, если температура повысится до 35° С?

В трубке С уровень понизится до уровня ртути в сосуде (точка кипения эфира 35 °С).

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Почему, когда вода в кастрюле кипит в печи, «пара» не видно, а когда кастрюлю вынут из печи, то «пар» делается видимым?

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Можно ли всасывающим водяным насосом поднять кипящую воду?

Нельзя, так как под поршнем вместо разреженного воздуха будет находиться пар под давлением, равным внешнему атмосферному.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Парообразование при кипении происходит при постоянной температуре, а парообразование при испарении – с понижением температуры. Чем обусловлена такая разница?

В первом случае парообразование происходит за счет энергии нагревателя, во втором – за счет внутренней энергии тела.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Можно ли вскипятить воду, подогревая ее паром при температуре 100° С? Атмосферное давление считать нормальным.

Нельзя. Чтобы передавать воде энергию, необходимую для кипения, пар должен иметь температуру выше 100° С.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Будет ли кипеть вода в стакане, плавающем в сосуде, в котором кипит вода?

Для кипения необходим приток энергии, здесь же в обоих сосудах температура 100° С. Поэтому из внешнего сосуда во внутренний энергия передаваться не будет, вода в стакане кипеть не будет.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Изменится ли ответ на вопрос предыдущей задачи, если в воде, находящейся в сосуде, растворить несколько столовых ложек поваренной соли?

Теперь вода в стакане будет кипеть, так как температура кипящего раствора в сосуде выше температуры кипения воды в стакане и теплопередача будет происходить.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Большой сосуд с кипяченой водой, в котором плавает стакан с сырой водой, ставят на нагреватель. Через некоторое время вода в стакане закипает раньше, чем в сосуде. Объясните явление.

Вода в сосуде оказалась перегретой (нагретой выше температуры кипения), так как при предварительном ее кипячении из нее был изгнан воздух.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Для варки клея устраивают сосуд с двойными стенками, между которыми наливают воду. Зачем это делают?

Чтобы не нагревать клей выше 100 °С.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

При заваривании кофе температура воды должна быть около 100° С, но вода не должна при этом кипеть. Предложите способы, позволяющие осуществить указанное действие при соблюдении этих двух условий.

Необходимо кофейник, в котором заваривается кофе, поместить в кастрюлю, в которой кипит вода.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

В закрытом цилиндре в равных объемах находятся вода и водяной пар, близкий к состоянию насыщения, а) Начертите график, показывающий, как изменяется давление в цилиндре при изотермическом сжатии содержимого,

б) Какому состоянию вещества соответствует каждый отрезок изотермы?

См. рисунок 327. Отрезок АВ соответствует ненасыщенному пару, ВС – насыщенному пару, CD – жидкости.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Имеются три непрозрачных цилиндра, закрытых подвижными поршнями. Известно, что в одном цилиндре находится газ при температуре выше критической, в другом – насыщенный, а в третьем – ненасыщенный пар.

Как определить, что находится в каждом из цилиндров?

Нужно нажать на поршень и сжать газ. Если при этом давление будет все время возрастать, то в цилиндре находится газ при температуре выше критической. Если сначала при сжатии давление возрастает, а затем остается неизменным, то в цилиндре был ненасыщенный пар. А если давление все время постоянно, то в цилиндре – насыщенный пар.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Что произойдет, если нагреть жидкость в плотничьем уровне до очень высокой температуры? Каков предел изменения размеров пузырька?

Будем считать стенки трубки достаточно прочными. При повышении температуры объем жидкости увеличивается, а плотность уменьшается; объем пара в пузырьке уменьшается, а плотность его возрастает. При критической температуре исчезает различие между жидкостью и ее паром. Дальнейшее повышение температуры обращает содержимое трубки уровня в ненасыщенный водяной нар. Поэтому пределом увеличения объема пузырька является объем трубки уровня.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Начертите в координатах V, р три изотермы для вещества при температурах ниже критической, критической и выше критической. Укажите на диаграмме точки, соответствующие критическому объему и давлению.

См. рисунок 328.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Температура воздуха 30° С. Возможно ли, производя соответствующее давление, обратить при этой температуре углекислый газ в жидкое состояние?

Да, так как температура углекислого газа ниже его критической температуры.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

При критической температуре удельная теплота парообразования всякой жидкости равна нулю. Почему?

Потому что нет различия между жидкостью и ее паром.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Если газ, нагретый выше критической температуры, сильно сжать, а затем дать ему возможность быстро расшириться, то на некоторое время появляется туман, служащий признаком обращения газа в жидкое состояние. Отчего это происходит?

Газ охлаждается ниже критической температуры.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

В прочный сосуд поместили воду и нагрели ее до 500° С, давление увеличилось до 500 атм. Жидкость или газ находится в сосуде?

В сосуде водяной пар (газ).

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

На рисунке 96 показана зависимость давления насыщенных паров от температуры (кривая ABCD). Почему эта зависимость в отличие от закона Шарля для газов не является линейной?

В каком случае зависимость давления паров от температуры будет изображаться линиями ABF или АВСЕ?

Так как в сосуде находилось некоторое количество жидкости, то при повышении температуры давление пара возрастало не только за счет увеличения скорости движения молекул, но и за счет увеличения его плотности. Точка излома (В или С) графика означает, что жидкость здесь полностью испарилась.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

В каком состоянии вещества плотность повышается с повышением температуры и почему это происходит?

В состоянии насыщенного пара.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Газ превращается в жидкость, если его сжать и понизить температуру. Почему же при расширении газа в пустоту он может также превратиться в жидкость?

При расширении газ охлаждается ниже критической температуры.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

1-25 26-50 51-75 76-100 101-125 … 201-225 226-250

Источник