Еверест у шприці - досвід, який ви можете зробити вдома - MEL Science Blog
Попереду вихідні. Ось вам проста ідея, як зробити прикольний досвід удома з дітьми з підручних засобів. Пам'ятаєте завдання: більше чи менше потрібно часу, щоб зварити яйце на Евересті? Нині ми це й перевіримо.
Давайте я відразу почну з відповіді: яйце варитиметься довше, оскільки температура окропу на вершині Евересту менше.
Але після такої відповіді відразу постає таке запитання:
- А чому вона менша?
- Тому що там тиск менший.
- А чому температура кипіння менша, якщо тиск менший?
Питання "А чому ...?" - дуже правильне та сильне питання. Це ключ до пізнання світу дитиною, та й дорослою теж. Я майже не бачив нікого, хто витримує 5 послідовних уточнюючих питань «А чому…?». Але про це трохи пізніше.
Холодний окріп будинку
А зараз давайте повернемося до обіцяного досвіду, який ви можете зробити зі своїми дітьми цими вихідними.
Ми зараз удома створимо умови, як на вершині Евересту, і побачимо на власні очі, як закипає навіть не найгарячіша вода при маленькому тиску. Все, що вам знадобиться - це звичайний шприц. Причому що більше, то краще.
- Набираємо у шприц трохи теплої води.
- Випускаємо все повітря.
- Затикаємо пальцем.
- Відтягуємо поршень, щоб створити низький тиск.
- Ура! Вода закипіла!
Насправді, ми таким же чином можемо створити дуже низький тиск, у сотні разів нижчий за атмосферний. У нас кипітиме навіть помітно холодніша вода, ніж на Евересті. На вершині Евересту тиск становить близько третини від нормального атмосферного.
Чому випаровується вода
Так чому ж при зниженні тиску тепла водазакипає? Для відповіді на це питання корисно поставити питання, чому, взагалі, кипить вода?
Вода випаровується за будь-якої температури. Завжди серед трильйонів молекул води знайдуться деякі швидше, і швидкості яких при наближенні до краю вистачить, щоб подолати тяжіння інших молекул і полетіти у вигляді пари. Зауважимо, що відлітають у вигляді пари найшвидші молекули, тому середня швидкість молекул, що залишилися, зменшується. Ми говоримо, що вода при випаровуванні остигає. Це як якщо перевести всіх найкращих учнів із класу до іншої школи, то середній рівень класу впаде.
Чим більша температура води, тим швидше в середньому літають молекули, тим більший відсоток молекул має достатню швидкість, щоб при досягненні поверхні відірватися і відлетіти. Тим швидше вода випаровується.
Чому кипить вода
Але чому, при досягненні певної температури, вода починає кипіти? Чим ця температура особлива?
Щоб це зрозуміло, треба для початку усвідомити, що не тільки вода випаровується з поверхні. Паралельно йде інший процес – водяна пара конденсується. Чим більше пар води над поверхнею, тим більше молекул пари потрапляє у воду і «залипає» там.
Вода випаровується, парів стає дедалі більше. Зрештою, встановлюється рівновага, при якому швидкість випаровування води та швидкість конденсації пари порівнюються. Іншими словами, скільки молекул води вилітає з поверхні за секунду, стільки і прилітає назад. Ми говоримо, що пара стала насиченою. Чим вода тепліша, тим більше молекул залишає поверхню, тим більше молекул має прилітати назад з газу, щоб була рівновага; тим більше молекул води має бути в газі, тим більший тиск насиченої пари.
Для кожної температури води є свій тиск пари, приякому він стає насиченим, і, як ми побачили, при зростанні температури цей тиск зростає.
А зараз момент істини! Що станеться, якщо тиск насиченої пари стане більшим за атмосферний? А станеться ось що: якщо будь-яким чином у воді утворюється маленька бульбашка, то почнеться випаровування всередину цієї бульбашки. Так як тиск насиченої пари більше атмосферного, то бульбашка почне рости (інакше його просто «схлопне» атмосферним тиском). Чим більша бульбашка, тим більша поверхня і тим швидше всередину випаровується вода. Ось наш пухирець виріс, сплив і полетів.
Це ми і називаємо кипінням. Щоб вода закипіла, необхідно, щоб атмосферний тиск не «сплескував» маленькі бульбашки, тобто, щоб тиск насиченої пари для даної температури води був більшим за атмосферний.
Ось, власне, і все. Ось чому вода закипіла у нашому шприці. Ми прибрали атмосферний тиск, і ніщо не стало заважати маленьким бульбашкам рости за рахунок випаровування води в них.
Досліди з дітьми у вихідні
Якщо вам подобається ідея робити цікаві та неважкі досліди з дітьми, то ми відкрили попереднє замовлення на наш новий сервіс - MEL Chemistry. Щотижня ви отримуватимете невеликий набір з кількома хімічними експериментами з доставкою додому. 52 тижні на рік = 52 цікавих дослідів.
Якщо вам не байдуже, що роблять і чим захоплюються ваші діти, це для вас!