Физика в быту

[EUgeneUS]

amon в сообщении #1348530 писал(а):

Тем не менее, простое утверждение - то тепло, что не улетело с паром осталось в кастрюле, IMHO, верное независимо от механизмов его дальнейшего перераспределения.

Как только режим кипения установился, то все тепло улетает. Вне зависимости от того, закрыта крышка или её нет. Сколько подвели, столько и улетело, так как ни кастрюля, ни вода больше нагреться не могут.
При закрытой крышке пара улетает меньше, чем при открытой, казалось бы тепла улетает меньше. Но это только на этапе нагрева, при кипении разница улетает с крышки путем конвекции.

[amon]

EUgeneUS в сообщении #1348535 писал(а):

При закрытой крышке пара улетает меньше, чем при открытой, казалось бы тепла улетает меньше. Но это только на этапе нагрева, при кипении разница улетает с крышки путем конвекции.

Это Вы в полемическом угаре сказанули. Каждый, кто картошку варил, знает, что если кастрюлю крышкой закрыть, то нагрев надо уменьшить. С крышки улетает меньше, чем возвращается, поэтому, что бы булькало также, поток тепла должен быть меньше. Впрочем, мы ведь все понимаем, и дальнейшую дискуссию можно, наверно, сворачивать.

[EUgeneUS]

amon в сообщении #1348577 писал(а):

Впрочем, мы ведь все понимаем, и дальнейшую дискуссию можно, наверно, сворачивать.

Можно и свернуть. Но меня гложут смутные сомнения, что остались принципиальные разногласия.

Пусть ту же самую кастрюлю с той же самой плиткой, без крышки поместили в атмосферу водяного пара при атмосферном давлении (и, соответственно, при температуре 100 градусов Цельсия).
Как Вы считаете:
1. Интенсивность кипения будет ближе к интенсивности кипения при комнатных условиях с крышкой или без крышки?
2. Повлияет ли в таких условиях крышка на интенсивность кипения?

Во всех случаях теплообменом через боковые стенки кастрюли пренебрегаем.

[wrest]

amon
Вы как-то всё завернули на кипение, то есть в общем-то производства газа изничего, и [мне] кажется, что вы имеете в виду то, что холодный воздух через щель между крышкой и кастрюлей не притекает потому что там давление избыточное из-за кипения. Однако ж и до того как вода начнет кипеть, согревается вода под крышкой заметно быстрее чем без неё. Тут вы, кажется, упираете на то, что до того как закипело, крышка таки мешает конвекции, а после -- не позволяет уносить теплоту парообразования, и что между этими процессами есть какая-то принципиальная разница. А мне почему-то кажется, что и до, и после закипания, суть одна и та же: конвекция. Простите, если я чего додумал из ваших слов не так. Конечно, мы везде полагаем крышку негерметичной, т.е. давление под ней немного избыточное но примерно атмосферное, а не как в скороварке.

[amon]

EUgeneUS в сообщении #1348582 писал(а):

Можно и свернуть. Но меня гложут смутные сомнения, что остались принципиальные разногласия.

Хорошо, давайте попробуем разобраться. Только сначала замечание о постановке задачи. Может я плохо исходно ее сформулировал, но мне казалось, что задача была о генерации количества пара (количество и размер пузырьков на единице площади кастрюли) на одну калорию при закрытой и приоткрытой крышке. Экспериментальный факт состоит в том, что при закрытой крышке пузырьков больше, значит и пара генерируется больше, стало быть, и тепла должно подводиться больше. Вопрос состоял в том, откуда берется это дополнительное тепло. Мой ответ (может и неправильный) состоит в том, что при закрытой крышке часть тепла из кастрюли не уходит, а циркулирует внутри за счет конденсации и повторного испарения воды. Прежде чем обсуждать детали этимологии слова "конвекция" (wrest) или детали процесса теплообмена крышка-вода (EUgeneUS) хотелось бы уточнить, к моему объяснению большей парогенерации под крышкой при фиксированном тепловом потоке претензии есть?

[EUgeneUS]

Есть уточнение.

amon в сообщении #1348594 писал(а):

адача была о генерации количества пара (количество и размер пузырьков на единице площади кастрюли) на одну калорию при закрытой и приоткрытой крышке.

Предлагаю различать:

1. Интенсивность парообразования - общее количество молей воды в секунду, которые перешли из жидкости в пар.
2. Интенсивность кипения - количество молей воды в секунду, которые перешли из жидкости в пар в объеме жидкости (то есть парообразование, связанное с образованием и ростом пузырей).

А далее такие возражения:

1.

amon в сообщении #1348594 писал(а):

Экспериментальный факт состоит в том, что при закрытой крышке пузырьков больше, значит и пара генерируется больше,

Пузырей больше, значит интенсивность кипения больше, но это не значит, что интенсивность парообразования больше.

2.

amon в сообщении #1348594 писал(а):

стало быть, и тепла должно подводиться больше

подводится одинаковое количество тепла - сколько плитка даёт, столько и подводится.
Более того, в установившемся режиме сколько подвелось, столько и улетело (не обязательно с паром), так как в установившемся режиме тепло в кастрюле не накапливается.

[amon]

EUgeneUS, отлично! Подозреваю, что наши разногласия в основном терминологические, а говорим мы об одном и том же. Развернуто отвечу позже.

[EUgeneUS]

Вопрос, кстати, весьма хорош.
Казалось бы:
1. Тепло подводим снизу, а значит перед тем, как покинуть систему, всё тепло поступает в воду.
2. Так как вода (в установившемся режиме кипения) имеет температуру 100 градусов, все тепло должно уйти на образование пара, вне зависимости от того, есть крышка или нет.
3. Но влияние крышки на интенсивность кипения известно и хорошо заметно.
Парадокс.

(а разгадка проста)

Парадокс возникает, только если отождествлять парообразование и кипение.

[wrest]

EUgeneUS в сообщении #1348596 писал(а):

так как в установившемся режиме тепло в кастрюле не накапливается.

Оно уменьшается: масса воды становится меньше при условно постоянной температуре (100 градусов). При прикрытой крышке уменьшается медленнее, при открытой быстрее.

Не накапливается тепло в мультиварке-скороварке, но там и подвод его уменьшается, как только давление достигло "нормы", тепла подводится меньше, чтобы успевало уходить сквозь закрытую крышку и стенки.

[EUgeneUS]

wrest в сообщении #1348602 писал(а):

Оно уменьшается: масса воды становится меньше при условно постоянной температуре (100 градусов). При прикрытой крышке уменьшается медленнее, при открытой быстрее.

Это означает, что парообразование при открытой крышке больше, а не меньше.

wrest в сообщении #1348602 писал(а):

Не накапливается тепло в мультиварке-скороварке, но там и подвод его уменьшается, как только давление достигло "нормы", тепла подводится меньше, чтобы успевало уходить сквозь закрытую крышку и стенки.

У меня была другая скороварка
Там подвод тепла не регулируется - как и кастрюля скороварка ставится на плитку, а излишки давления сбрасываются через клапан.

[wrest]

EUgeneUS в сообщении #1348608 писал(а):

Это означает, что парообразование при открытой крышке больше, а не меньше.

Да, сумма парообразования и конденсации при открытой крышке больше, потому что нет конденсации.
Чёрт, все запуталось опять...

[EUgeneUS]

wrest в сообщении #1348610 писал(а):

и конденсации

Пусть, для простоты, крышка и стенки кастрюли идеально теплоизолированы. Тогда крышка нагреется до 100 С и никакой конденсации не будет.

[amon]

EUgeneUS в сообщении #1348596 писал(а):

Пузырей больше, значит интенсивность кипения больше, но это не значит, что интенсивность парообразования больше.

Попробовал разделить кипение и парообразование в Вашей терминологии. Для этого на поверхность воды было налито масло (примерно 1 см). В этом случае почти вся парогенерация будет за счет кипения. Результат эксперимента: разница при таком кипении под маслом при закрытой и открытой крышке кастрюли незначительна. Так что теория EUgeneUS'a победила мою.

[miflin]

(Оффтоп)

Обсуждение, вроде бы, подошло к концу.
У меня, например, не создалось полностью ясного понимания того,
как происходит обсуждаемый процесс (это мои проблемы), но возник побочный вопрос:
"Верно ли, что количество теплоты, передаваемое воде в единицу времени,
постоянно уменьшается от момента включения газа/электропечки до момента закипания,
неважно, то ли крышка закрыта, то ли открыта, то ли это скороварка"?

[EUgeneUS]

miflin

(Оффтоп)

miflin в сообщении #1348865 писал(а):

"Верно ли, что количество теплоты, передаваемое воде в единицу времени,
постоянно уменьшается от момента включения газа/электропечки до момента закипания,
неважно, то ли крышка закрыта, то ли открыта, то ли это скороварка"?

И да, и нет

1. Мы пренебрегаем потерями теплоты, которые связаны с её передачей кастрюле и далее от кастрюли в окружающую среду, и всё это минуя воду. Тогда вся теплота от плитки передается воде. Её количество в единицу времени определяется мощностью плитки.

2. Мы не пренебрегаем потерями теплоты, которые связаны с её передачей кастрюле и далее от кастрюли в окружающую среду, и всё это минуя воду. Тогда эти потери растут с ростом температуры кастрюли. И количество теплоты, переданное воде за единицу времени уменьшается с нагревом кастрюли (при неизменной мощности плитки).

Для объяснения обсуждаемого явления достаточно модели номер 1.
В обоих моделях неважно, закрыта крышка или нет. Мы просто выбрали (взяли фломастер и обвели) термодинамическую систему, в которую крышка не включается.
Уточнение: в таком выборе термодинамической системы нас интересует условия на границе системы, а вот уже они будут зависеть от наличия крышки, или от чего-то еще, например, от масла, или всё это у нас в бане...