Физика в быту

[wrest]

amon в сообщении #1348209 писал(а):

Они от сдвига крышки практически не меняются (вода кипит, температура кастрюли - 100 градусов).

Температура поверхности воды при снятой крышке меньше 100 градусов, у меня намеривалось что-то около 80-90. При надетой крышке - 100 (техника измерения такая: ждал когда вода забулькает, снимал крышку и тут же мерил).
Температура вышеописанного булькающего на медленном огне соуса болонез (в сковороде, без крышки) была 72-76 градусов. Если крышку например со скороды не снимать, замучаетесь выпаривать: пар будет конденсироваться на крышке и стекать водой обратно.

[amon]

wrest в сообщении #1348212 писал(а):

Температура поверхности воды при снятой крышке меньше 100 градусов, у меня намеривалось что-то около 80-90. При надетой крышке - 100

То есть, температура кипения воды зависит от того, есть крышка или нет. Интересное открытие в области неравновесной термодинамики! По-моему, что-то Вы не то измерили.

[rockclimber]

amon в сообщении #1348209 писал(а):

Потери от сдвига крышки не меняются, значит и количество пара меняться не должно, что противоречит эксперименту.

Вообще-то должны меняться.
При закрытой крышке: вода отдает тепло воздуху, воздух поднимается, отдает тепло крышке, охлаждается, опускается обратно. Далее тепло передается по крышке от нижнего слоя к верхнему, верхний слой отдает тепло воздуху. Перепад температур у воздуха под крышкой совсем небольшой - там будут единицы градусов, думаю, от силы десяток. Конвекция будет слабой.
При открытой: вода отдает тепло воздуху, воздух поднимается вверх, а на его место приходит сильно более холодный - с комнатной температурой. Дополнительный барьер в виде крышки отсутствует.

[amon]

rockclimber в сообщении #1348233 писал(а):

При закрытой крышке: вода отдает тепло воздуху, воздух поднимается, отдает тепло крышке, охлаждается, опускается обратно.

Давайте разделим потоки тепла на то, что перешло в пар и потери. Потери - это то, что безвозвратно улетело с горячим воздухом и продуктами сгорания газа, если горелка газовая. Буду настаивать, что эта величина практически не зависит от положения крышки. Далее есть часть, перешедшая водяному пару. Частично эта теплота передастся воздуху, который далее где-то крутится и т.п. Но к этому моменту количество пара уже задано, и оно не зависит от положения крышки (см. рассуждение выше). От воздуха назад тоже ничего не передастся, поскольку его температура заведомо ниже 100 градусов. Где подвох? (Правильный по моему мнению ответ уже был, только в полемическом угаре этого почему-то ни кто не заметил.)

[EUgeneUS]

amon
Неужели Вы намекаете, что из-за закрытой крышки под ней повышается давление и это как-то влияет на теплоту парообразования?
Верится, но слабо.

Разделяю мнение, что крышка тем или иным способом мешает теплообмену с окружающей средой.
Тут вот что нужно заметить: если вода кипит, то не факт, что во всем объеме воды температура ровно 100 градусов.
Вполне может оказаться так, и скорее всего так и есть, что у поверхности температура несколько ниже, чем 100 градусов за счет охлаждения испарением.
Пузырь, поднимаясь вверх, отдает часть теплоты окружающим верхним слоям воды и уменьшается в размерах. (Размеры пузыря, конечно, зависят не только от количества пара в нём, но и от давления, которое зависит от глубины).
Если температура верхних слоев воды более близка к 100 градусам, то пузырь отдает им меньше тепла, меньше уменьшается, а значит, визуально, интенсивность кипения больше.

[wrest]

amon в сообщении #1348232 писал(а):

То есть, температура кипения воды зависит от того, есть крышка или нет. Интересное открытие в области неравновесной термодинамики! По-моему, что-то Вы не то измерили.

Я не уверен что именно измеряет пирометр если направить его на поверхность булькающей воды, поэтому написал про температуру поверхности. Какова толщина этой поверхности, я не знаю.

[EUgeneUS]

wrest в сообщении #1348270 писал(а):

Я не уверен что именно измеряет пирометр если направить его на поверхность булькающей воды, поэтому написал про температуру поверхности.

Насколько знаю, водяной пар не очень-то прозрачен для ИК. Поэтому, если направлять пирометр на поверхность булькающей воды, то он, конечно, покажет не погоду на Марсе, а погоду над поверхностью булькающей воды.

[wrest]

EUgeneUS в сообщении #1348281 писал(а):

Поэтому, если направлять пирометр на поверхность булькающей воды, то он, конечно, покажет не погоду на Марсе, а погоду над поверхностью булькающей воды.

То есть, температуру пара, выходящего из воды? А если крышку снять, то вода не так сильно булькает и пирометр показывает меньше 100 градусов потому, что... ?

[amon]

EUgeneUS в сообщении #1348261 писал(а):

Неужели Вы намекаете, что из-за закрытой крышки под ней повышается давление и это как-то влияет на теплоту парообразования?

Нет, конечно. У меня там щель в палец, и давление если и увеличилось, то на ничтожную величину.

wrest в сообщении #1348283 писал(а):

То есть, температуру пара, выходящего из воды?

Скорее, какую-то среднюю температуру по больнице. Есть пар, как-то охладившийся, есть вода, нагретая до более-менее одной и той же температуры. Пирометр измеряет что-то среднее. При снятой крышке газо-паровая смесь над поверхностью охлаждается быстрее, и пирометр показывает меньше. По-моему, как-то так.

EUgeneUS в сообщении #1348261 писал(а):

Пузырь, поднимаясь вверх, отдает часть теплоты окружающим верхним слоям воды и уменьшается в размерах.

Так будет на начальных стадиях. При развитом кипении пузырь увеличивается, а не уменьшается по дороге к поверхности (давление у поверхности чуть меньше и температура кипения чуть ниже).

[amon]

Все кому интересно, видимо, высказались. Пришло время от чудес переходить к их разоблачениям. Ключевая фраза уже была сказана, нужно только ее чуть развить:

wrest в сообщении #1348212 писал(а):

Если крышку например со скороды не снимать, замучаетесь выпаривать: пар будет конденсироваться на крышке и стекать водой обратно.

Дальше надо рассказывать, или все всё и так поняли?

[wrest]

amon в сообщении #1348419 писал(а):

Дальше надо рассказывать, или все всё и так поняли?

Рассказывайте.

[amon]

wrest в сообщении #1348445 писал(а):

Рассказывайте.

Рассказываю, При открытой крышке пар улетает из кастрюли, унося с собой удельную теплоту парообразования. Если крышку закрыть часть пара, конденсируясь на крышке, возвращает теплоту своего парообразования обратно в кастрюлю. Изменяя щель между крышкой и стенкой мы регулируем поток тепла, уносимый паром. К конвекционной теплопередаче это имеет лишь косвенное отношение. Крышка играет роль холодного ($t<100\,^\circ\mathrm{C}$) парового конденсатора, охлаждаемого той самой конвекцией. С этим связан забавный "гистерезис" кипения. Если кипящую кастрюлю накрыть крышкой и почти выключить горелку так, что вода под крышкой продолжит кипеть, но совсем без энтузиазма, а потом крышку снять, то вода кипеть перестанет, и ее не удастся заставить кипеть опять закрыв крышку.

[EUgeneUS]

amon в сообщении #1348451 писал(а):

Рассказываю, При открытой крышке пар улетает из кастрюли, унося с собой удельную теплоту парообразования.

Так не интересно. Совершенно понятно, что сколько подвели тепла, столько и улетело с паром, за вычетом других потерь, которые Вы считаете постоянными (с этим согласен).

amon в сообщении #1348451 писал(а):

Если крышку закрыть часть пара, конденсируясь на крышке, возвращает теплоту своего парообразования обратно в кастрюлю.

Да ладно. Капля, конденсируясь, передает теплоту парообразования крышке. Как эта теплота передастся более горячей кастрюле и воде в ней?

Механизм, ИМХО, другой.
Закрывая крышкой, мы уменьшаем приток к поверхности воды холодного сухого воздуха.
В результате под крышкой образуется "микроклимат":
1. Температура выше, чем без крышки.
2. Влажность выше, чем без крышки, и приближается к 100%. Для температур близких к 100 градусам, это означает, что под крышкой почти чистый водяной пар.
В результате, прекращается поверхностное испарение, и вся подведенная теплота расходуется на объемное кипение.

Итак вывод:
1. Как только поле температур в кастрюле установилось, вся подведенная теплота улетает с паром (за вычетом некоторых потерь, которые обсудили выше).
2. Если крышка открыта, то пар образуется как в объеме (кипение), так и на поверхности.
3. Если крышка закрыта, то пар образуется только в объеме (кипение). А значит кипение более активно.

[amon]

EUgeneUS в сообщении #1348470 писал(а):

Так не интересно.

А я сразу предупредил, что все просто и ничего великого не будет. Касательно механизмов теплопередачи - тут надо разбираться, может Вы и правы. Тем не менее, простое утверждение - то тепло, что не улетело с паром осталось в кастрюле, IMHO, верное независимо от механизмов его дальнейшего перераспределения.

[wrest]

amon в сообщении #1348451 писал(а):

Изменяя щель между крышкой и стенкой мы регулируем поток тепла, уносимый паром. К конвекционной теплопередаче это имеет лишь косвенное отношение.

Это наверное вопрос терминологическй. Традиционно, обратимся к Википедии:

Цитата:

Конвекция (от лат. convectiō — «перенесение») — вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками.

Если из-под крышки выходит струя пара, значит мы наблюдаем явление конвекции, при которой внутренняя энергия кастрюли с содержимым передается этой струёй пара за пределы кастрюли и крышки.