logo
logo

Простой прибор, с которым мы имели дело в предыдущем разделе, может служить и для другого опыта, который кажется очень парадоксальным. На этот раз бутылка не должна лопнуть.
Следовательно она должна быть из прочного стекла и иметь круглую форму. Ее следует теперь наполнить водой до половины, а не только на несколько сантиметров, как раньше. Теперь доведем воду до кипения и закроем бутылку, в то время когда пар еще энергично выделяется, чтобы, когда пар сгустится, воздух не мог бы войти внутрь бутылки. Когда мы поставим бутылку на подставку, вода перестанет кипеть. Если теперь смочить холодной водой ту часть бутылки, где находится пар, то сейчас же вода начнет кипеть. Когда кипение прекратится, то его легко возобновить — поливая бутылку холодной водой. Конечно это можно повторять лишь в течение некоторого времени, пока вода не охладится настолько, что уже не будет более в состоянии закипать. Это парадоксальное явление объясняется тем, что температура кипения всех жидкостей зависит от давления, под которым они находятся. Сначала, когда бутылка была закрыта, внутри давление было равно внешнему давлению, так как пар был в состоянии выходить наружу, преодолевая атмосферное давление.
Когда же мы закроем бутылку, сгустим пар с помощью холодной воды, то внутри давление уменьшится. Сравнительно с этим уменьшенным давлением энергия движения молекул воды будет еще достаточно велика, чтобы сделать возможным переход молекул в пространство над жидкостью без помощи посторонней энергии. Или, иными словами, вода может теперь кипеть без нагревания. Мы достигаем в этом случае уменьшения давления над жидкостью (при помощи охлаждения пара) того же самого, что мы обыкновенно получаем путем повышения энергии колебаний молекул воды (нагревание воды пламенем). В этом случае кипение будет идти за счет тепловой энергии самой воды, а не за счет энергии пламени. Так как при переходе воды из жидкости в парообразное состояние происходит поглощение тепловой энергии, то в такой воде, после кипения, будет меньше тепла, чем было прежде.
Это действительно и наблюдается на самом деле! Если кипение повторять нисколько раз, то вода станет так холодна, что ее свободно можно будет держать в руках. Кто-нибудь на это может возразить, что неудивительно, если вода в бутылке холодна, так как мы в изобилии лили холодную воду на ее поверхность! В ответ на это мы сделаем еще один опыт, который поучителен и в другом отношении. На рис.42 показаны две одинаковые бутылки, соединенные пробкой, через которую проходит трубка. Длинный конец трубки должен выдаваться над поверхностью воды или его изгибают, как показано на рисунке, или же берут прямую стеклянную или металлическую трубку и короткую резиновую трубку. Через резиновую трубку протягивают кусок изогнутой проволоки, которая придает ей нужную форму. Когда вода кипит, бутылки должны находиться в положении А, при котором пар выгоняет воздух из обеих бутылок. Потом бутылки можно соединить друг с другом и привести в положение ВС.

Вода, кипящая под уменьшенным давление

Рис.42. Вода, кипящая под уменьшенным давлением

В данном случае бутылка В служит лучшим конденсатором, чем верхняя часть бутылки на рис. 41, так как она представляет большую поверхность и поэтому дает более сильное охлаждение. Вследствие этого вода в С скорее доходит до кипения. Кроме того, этот опыт объясняет причину кипения еще лучше, чем прибор на рис.41. Во-первых, здесь нет прямого охлаждения воды в С, благодаря обливанию бутылки водой. И если теперь вода в С при кипении быстрее охлаждается, чем когда она не кипит, то ясно, что причина этого лежит в потере тепла на кипение. Во-вторых, у нас нет подозрения, что вода, которая образуется благодаря сгущению паров в В, способствует своим смешением с кипящей водой ее удивительному охлаждению.