Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий

Небольшое пояснение. Для того чтобы вода начала переход из жидкого агрегатного состояния в газообразное, ей необязательно достигать температуры кипения (100 °C при обычном атмосферном давлении, см. главу 15, врезку «Скороварка и готовка на высоте»): доказательством этому являются бассейны для выпаривания соли, в которых морская вода медленно испаряется, оставляя после себя соляные кристаллы. Испарение воды, происходит оно при 100 °C или при более низкой температуре, требует затрат энергии; при обратном преобразовании – конденсации пара – эта же энергия выделяется обратно.

Заметим, что все же одно явление немного уменьшает преимущества при кипячении закрытого крышкой чайника: по мере того как в открытом чайнике вода испаряется, уменьшается количество воды, которое остается нагреть до 100 °C… Однако, как было показано выше, энергия, необходимая для нагрева определенного количества воды на несколько десятков градусов, значительно меньше энергии, необходимой для испарения той же массы воды. Таким образом, количество энергии, которое мы выигрываем из-за того, что не весь объем воды в чайнике придется доводить до кипения, оказывается гораздо меньшим, чем та энергия, которую мы вынуждены затратить на испарение той части воды, которая покидает чайник. Если вся вода, изначально налитая в чайник без крышки, нагрелась бы в среднем до температуры, равной 100 °C – ΔT, то излишек затраченной энергии составляет (r – CΔT) Δm, где Δm – масса испаренной воды, ΔT составляет 20–30 °C; скрытая теплота r и удельная теплоемкость C были приведены выше. Что касается количества испаренной воды Δm, то она пропорциональна площади поверхности воды и продолжительности времени нагрева (и, следовательно, обратно пропорциональна мощности плиты); на практике она достигает нескольких процентов от общей массы воды. Читатель может убедиться, что, когда мы забываем закрыть чайник крышкой, потери энергии составят порядка 30 %.