Качественная задача

1.  В первой бутылке были насыщенные пары воды и малое количество воздуха, а во второй  — только горячая вода.

2.  Ночью на морозе обе бутылки за счет всех видов теплоотдачи  — конвекции, теплопроводности и теплового излучения  — остыли до температуры окружающего холодного воздуха.

3.  Пары воды в первой бутылке сконденсировались и замерзли, сильно уменьшив свой объем, а давление в бутылке упало до очень низкого значения. Поэтому бутылка под действием наружного атмосферного давления сплющилась.

4.  Во второй бутылке вода сначала охладилась до 0 °C, а потом при фазовом переходе из жидкого состояния в твердое отдала теплоту кристаллизации, замерзла и охладилась до низкой температуры окружающей среды. При этом объем воды вырос примерно на 10% (это следует из таблицы плотностей веществ), что привело к сильному росту давления в бутылке с нерастяжимыми стенками, и она лопнула.

1.  Плотность горящего масла, которое находится в сковороде, меньше плотности воды. Поэтому при попытке тушения горящего масла водой она проникает под слой масла, быстро нагревается от сковороды, закипает и испаряется, резко увеличивая свой объем и давление.

2.  Пары испарившейся воды, расширяясь, своим давлением выбрасывают и разбрызгивают уже горящее масло, резко увеличивая его поверхность, находящуюся в контакте с кислородом воздуха. В результате реакция горения масла ускоряется, все это и приводит к образованию столба огня над сковородой.

1.  Костер будет больше дымить во втором случае.

2.  При горении легких сухих материалов образуются горячие газы, имеющие плотность более низкую, чем окружающий воздух. На эти газы в соответствии с законом Архимеда действует выталкивающая сила, и они начинают подниматься вверх, образуя восходящий горячий конвективный поток.

3.  Если огонь окружает «пирамидка» из веток, то конвективный поток усиливается, поскольку испытывает меньшее сопротивление своему движению вверх, и возникает хорошая «тяга», способствующая притоку кислорода воздуха и усилению горения окружающих огонь веток. «Тяга» в этом случае возникает аналогично тому, как это происходит в печной трубе.

4.  При хорошей «тяге» происходит полное сгорание топлива, и дым практически отсутствует. Это в годы войны было очень важно  — тогда с самолетов-⁠разведчиков место стоянки партизан было трудно обнаружить по дыму от костров. Если же огонь просто покрыт кучей веток сверху, то «тяги» не возникает, продукты сгорания топлива удаляются плохо, приток кислорода слабый, и это мешает нормальному горению, в результате чего ветки тлеют и сильно дымят.

1.  Костер будет лучше гореть и меньше дымить в первом случае.

2.  При горении легких сухих материалов образуются горячие газы, имеющие плотность более низкую, чем окружающий воздух. На эти газы, в соответствии с законом Архимеда, действует выталкивающая сила, и они начинают подниматься вверх, образуя восходящий горячий конвективный поток, поджигающий топливо в костре.

3.  Если бросать сухие листья в костер небольшими порциями, то они в силу своей малой теплоемкости сразу нагреваются и загораются, сгорая практически без дыма.

4.  Если же листья сырые и их много, то они перекрывают путь восходящему горячему конвективному потоку продуктов горения из костра, уменьшают «тягу», что замедляет процесс высушивания и нагревания этих листьев, и они вместо быстрого горения медленно тлеют, выделяя густой и мало нагретый дым. Поэтому если костер завалить

листьями, то доступ кислорода воздуха к огню почти прекратится, и костер может погаснуть.

1.  Наличие тумана свидетельствует о том, что в замкнутом объеме под колпаком в воздухе содержится насыщенный водяной пар при комнатной температуре. После прекращения откачивания и напускания под колпак воздуха его давление под колпаком быстро растет. Воздух при этом адиабатически сжимается и вследствие этого нагревается.

2.  Давление насыщенных паров воды при повышении температуры возрастает. Поэтому пар под колпаком становится ненасыщенным и начинается испарение капель тумана  — они исчезают из воздуха.

3.  Мелкие частицы дыма от горящей спички играют роль центров конденсации, вокруг которых происходит формирование капель тумана. При отсутствии таких центров конденсация затруднена, и поэтому капель при откачивании воздуха образуется мало или они совсем не образуются.