Эверест в шприце - опыт, который вы можете сделать дома
Впереди выходные. Вот вам простая идея, как сделать прикольный опыт дома с детьми из подручных средств. Помните задачу: больше или меньше надо времени, чтобы сварить яйцо на Эвересте? Сейчас мы это и проверим.
Ответ
Давайте я сразу начну с ответа: яйцо будет вариться дольше, так как температура кипящей воды на вершине Эвереста меньше.
Но почему?
Но после такого ответа сразу появляется следующий вопрос:
- А почему она меньше?
- Потому, что там давление меньше.
- А почему температура кипения меньше если давление меньше?
Вопрос «А почему…?» - очень правильный и сильный вопрос. Это ключ к познанию мира ребёнком, да и взрослым тоже. Я почти не видел никого, кто выдерживает 5 последовательных уточняющих вопросов «А почему…?». Но об этом чуть попозже.
Холодный кипяток дома
А сейчас давайте вернёмся к обещанному опыту, который вы можете сделать со своими детьми на этих выходных.
Мы сейчас дома создадим условия, как на вершине Эвереста, и увидим своими глазами, как вскипает даже не самая горячая вода при маленьком давлении. Всё, что вам понадобится – это обычный шприц. Причём чем больше, тем лучше.
- Набираем в шприц немного тёплой воды.
- Выпускаем весь воздух.
- Затыкаем пальцем.
- Оттягиваем поршень, чтобы создать низкое давление.
- Ура! Вода закипела!
На самом деле, мы таким же образом можем создать очень низкое давление, в сотни раз ниже атмосферного. У нас будет кипеть даже заметно более холодная вода, нежели на Эвересте. На вершине Эвереста давление составляет около трети от нормального атмосферного.
Почему испаряется вода
Так почему же при понижении давления тёплая вода вскипает? Для ответа на этот вопрос полезно задаться вопросом, почему, вообще, кипит вода?
Вода испаряется при любой температуре. Всегда среди триллионов молекул воды найдутся некоторые, которые побыстрее, и скорости которых при приближении к краю хватит, чтобы преодолеть притяжение других молекул и улететь в виде пара. Заметим, что улетают в виде пара самые быстрые молекулы, поэтому средняя скорость оставшихся молекул уменьшается. Мы говорим, что вода при испарении остывает. Это как если перевести всех лучших учеников из класса в другую школу, то средний уровень класса упадёт.
Чем больше температура воды, тем быстрее в среднем летают молекулы, тем больший процент молекул имеет достаточную скорость, чтобы при достижении поверхности оторваться и улететь. Тем быстрее вода испаряется.
Почему кипит вода
Но почему при достижении определенной температуры вода начинает кипеть? Чем эта температура особенная?
Чтобы понято это, надо для начала уяснить, что не только вода испаряется с поверхности. Параллельно идёт другой процесс – водяные пары конденсируются. Чем больше паров воды над поверхностью, тем больше молекул пара попадает в воду и «залипает» там.
Вода испаряется, паров становится всё больше. В конце концов, устанавливается равновесие, при котором скорость испарения воды и скорость конденсации пара сравниваются. Иными словами, сколько молекул воды вылетает с поверхности за секунду, столько и прилетает обратно. Мы говорим, что пар стал насыщенным. Чем вода теплее, тем больше молекул покидает поверхность, тем больше молекул должно прилетать обратно из газа, чтобы было равновесие; тем больше молекул воды должно быть в газе, тем больше давление насыщенного пара.
Для каждой температуры воды есть своё давление пара, при котором он становится насыщенным, и, как мы увидели, при росте температуры это давление растёт.
А теперь момент истины! Что произойдёт, если давление насыщенных паров станет больше атмосферного? А произойдёт вот что: если каким-либо образом в воде образуется маленький пузырёк, то начнётся испарение внутрь этого пузырька. Так как давление насыщенных паров больше атмосферного, то пузырёк начнёт расти (иначе его просто «схлопнет» атмосферным давлением). Чем больше пузырёк, тем больше поверхность и тем быстрее внутрь него испаряется вода. Вот наш пузырёк вырос, всплыл и улетел.
Это мы и называем кипением. Чтобы вода закипела, необходимо, чтобы атмосферное давление не «схлопывало» маленькие пузырьки, то есть, чтобы давление насыщенного пара для данной температуры воды было больше атмосферного.
Вот, собственно, и всё. Вот почему вода закипела в нашем шприце. Мы убрали атмосферное давление, и ничто не стало мешать маленьким пузырькам расти за счёт испарения воды внутрь них.
Опыты с детьми на выходных
Если вам нравится идея делать интересные и нетрудные опыты с детьми, то мы открыли предзаказ на наш новый сервис - MEL Chemistry. Каждую неделю вы будете получать небольшой набор с несколькими химическими экспериментами с доставкой на дом. 52 недели в году = 52 интересных опытов.
Если вам не безразлично, что делают и чем увлекаются ваши дети, то это для вас!
Читайте также
Вакансия – Mobile developer/product manager
Работа мечты для программиста, которому интересна мобильная разработка (iOS/Android): атмосфера стартапа (но уже без рисков и с высокой зарплатой), интересный перспективный проект с нуля с крутыми технологиями, работа на международный рынок. Задумайтесь: вы будете не просто писать очередную игру, а делать мир лучше! Такие возможности встречаются очень редко, и для вас это, возможно, станет выходом на новый виток.
Вакансия - fullstack web-developer
Привет! Мы в [MEL Science](https://melscience.com/en/v2/) ищем человека в команду, занятую всем, что связано с вебом и бизнесом: от фронтенд-оптимизаций до автоматизации полиграфии на бекенде.
Вакансия – in-house recruiter
Наши продажи активно растут (более 500% в год), растет и наша команда. Мы ищем специалиста по подбору персонала — того, кто будет заниматься поиском кадров. Успех всего бизнеса зависит от людей. Поэтому человек, организующий процесс поиска, — ключевая должность в компании.
Мы ищем очень специфичных людей, сочетающих в себе любовь к науке с умениями в своей сфере (программировать для программиста, рисовать для дизайнера и т.д.). Найти таких людей непросто, их очень мало, поэтому на некоторые вакансии мы перебираем сотни кандидатов на стадии резюме.