Кипение на ладони

Заголовок карточки
Кипение на ладони
Аннотация : Демонстрация конвекции при помощи эффектного опыта с кипятильником
Физика
  • Молекулярная физика и термодинамика
  • Внутренняя энергия и работа
Образовательный уровень
  • базовый курс
Источники
С. А. Ловягин Изучение физики в 7-8 классах на основе простых, наглядных и содержательных экспериментов. - М., 2002.
Оборудование
Кипятильник мощностью 1 кВт; литровая банка с водой; штатив с муфтой и лапкой.
Описание опыта :

Можно ли удержать в руке банку с кипящей водой? Можно, если знать закономерности конвекции. Возьмем в руки банку с водой и поместим в нее кипятильник. Секрет в том, что погружать кипятильник нужно не глубоко, а только до середины банки! Тогда на глазах изумленной публики можно кипятить воду, держа банку в руках. При этом будет заметна граница горячей и холодной воды, располагающаяся сразу под кипятильником.

Пока вода кипит, слои горячей и холодной воды не будут перемешиваться друг с другом, поскольку вода, нагреваясь от кипятильника, будет постоянно всплывать вверх из-за теплового  расширения. Это явление называется конвекцией. На место ушедшей наверх горячей воды сбоку поступает вода более низкой температуры - вода циркулирует в верхней части банки. Циркуляция горячей воды практически не затрагивает нижний слой из-за того, что находящаяся там холодная вода плотнее горячей и потому остается внизу.

Стоит выключить кипятильник, и банку придется  немедленно ставить на стол: горячая вода быстро перемешивается с холодной вследствие диффузии. До этого процесс диффузии (обусловленный хаотическим движением частиц) сдерживался упорядоченным процессом конвекции.
Постановка опыта :

Берем заполненную водой литровую банку и подводим ее под закрепленный на штативе киловаттный кипятильник. Кипятильник погружаем в воду только до половины глубины и включаем в сеть. Банку лучше всего поставить прямо на ладонь. Вода нагревается, появляются пузыри, вскоре вода закипает. Дети с удивлением наблюдают за учителем, удерживающим сосуд с кипящей водой. Желающим можно разрешить потрогать дно банки — возгласы удивления: «Она холодная!»

Техника безопасности : После отключения кипятильника следует сразу же поставить банку на стол, поскольку горячая вода быстро смешается с холодной.
NE2857C1B340E4C5A8D8627D86595D56F