Прибор для наблюдения за кипением жидкости

Жидкость начинает кипеть только тогда, когда внешнее давление над ее поверхностью равно давлению пара внутри пузырьков газа.
Можно «заставить» кипеть жидкость, например, воду и под пониженным давлением. Для этой цели используется следующая установка. Если колбу С с кипящей водой приподнять над пламенем спиртовки или электрической плиткой, то вода очень быстро перестанет кипеть. Откачайте воздух из пространства над водой. Вода в колбе снова закипит, так как давление над водой в колбе уменьшилось и кипение начинается при более низкой температуре.
В колбу D налита серная кислота. Она очень энергично поглощает влагу и тем самым осушает выкачиваемый воздух. Обе колбы лучше брать круглодонными.
От колбы D нужно отсоединить насос, а колбу С опустить и снова в ней нагревать воду. Как только вода начнет кипеть, в колбы накачивается воздух. От этого давление немного увеличится, и кипение воды прекратится.
Следовательно, с повышением внешнего давления точка кипения повышается.
Объясните учащимся, что это физическое явление играет важную роль в современной технике. Чем выше, например, температура пара, поступающего в рабочий цилиндр паровой машины или на лопасти паровой турбины, тем больше коэффициент полезного действия установки.
На современных тепловых электростанциях, где электрическая энергия получается за счет энергии пара, котельные установки представляют собой двенадцатиэтажные здания. Топки в этих установках так велики, что в них можно было бы устроить гараж для грузовых машин. Такие котлы вырабатывают пар при давлении 170 и выше атмосфер и температуре в 500—1000°.
Таблицы энергетических балансов различных электрических станций (теплоэлектроцентрали и конденсационной) очень полезно иметь в каждом физическом кабинете.
Различные жидкости при нормальном давлении кипят при различных температурах. Например, температура кипения эфира составляет 35°, а воды 100°.
Неодинаковые температуры превращения жидкостей в пар можно использовать для устройства «фонтана», бьющего под увеличенным давлением.
Железную консервную банку нужно запаять со всех сторон, а в верхней крышке оставить два отверстия и плотно закрыть их пробками.
Сквозь первую пробку пропускается тонкая стеклянная трубка с внутренним диаметром в 2—3 мм и оттянутым верхним концом. Нижний конец трубки должен доходить почти до дна банки. Сквозь вторую пробку нужно пропустить воронку с краником..
В банку наливается вода при температуре 40—50°, затем через воронку — немного эфира. Эфир превращается в пар. Давление внутри банки становится выше, чем внешнее, и из трубки начинает бить фонтан.
Прибор хорошо работает в том случае, когда над водой остается небольшое пространство, заполненное воздухом, и пробки плотно закрывают оба отверстия.
Горлышко толстостенной стеклянной бутылки емкостью в 1—1,5 литра закрывается пробкой, сквозь которую должна проходить стеклянная трубка (можно взять бутылку с двумя горлышками, закрыв их пробками, и пропустить сквозь одну пробку стеклянную трубку).
В бутылку вливается несколько капель спирта (но только не муравьиной кислоты, формула которой хорошо известна каждому химику), а трубка посредством резинового шланга соединяется с нагнетательным насосом. Нагнетаемый воздух вскоре с силой выбросит пробку. В бутылке образуется «туман». Его особенно хорошо видно, если устроить подсветку.
В момент, когда из бутылки вылетает пробка, газ очень быстро расширяется. Затем температура воздуха внутри бутылки понижается, и часть водяных паров конденсируется. В бутылке образуется «туман».
Прибор можно использовать для демонстрации проявления механической энергии за счет тепловой энергии.
На этом же занятии следует рассказать учащимся об «искусственном холоде», о том, что в настоящее время он нашел широкое применение в различных отраслях народного хозяйства.
В пищевой промышленности имеются, например, специальные судна-рефрижераторы, снабженные мощными холодильными установками, большие холодильники, вагоны-ледники, ледяные склады.
Искусственный холод применяется для запрессовки втулок, в машиностроительной промышленности, для замораживания грунта при ведении различных подземных работ и во многих других областях промышленности и техники.