Физика за чашкой чая

Устал - проси чаю.
Жарко - выпей чаю.
Хочешь согреться - пей чай.
(грузинская мудрость)

Мы ежедневно бываем на кухне и пьём чай. Но порой и не задумываемся над тем, что делаем сами, почему делаем так, а не иначе. Так давайте попытаемся объяснить многие наши действия на кухне с точки зрения физики.

1 действие
ставим чайник на огонь
Для чего мы накрываем чайник крышкой?
Чтобы уменьшить теплообмен с окружающей средой.

1 действие
ставим чайник на огонь
Какой чайник быстрее закипит с открытой или с закрытой крышкой?
Быстее закипит чайник с закрытой крышкой. Из чайника с открытой крышкой в процессе нагревания будут уходить в воздух наиболее быстрые молекулы, унося с собой энергию.

1 действие
ставим чайник на огонь
Почему электрические чайники и самовары делают блестящими?
Чтобы энергия не уходила благодаря излучению.

1 действие
ставим чайник на огонь
Почему перед кипением чайник шумит?
В воде есть растворимый воздух, который при нагревании образует мелкие пузырьки, в этих пузырьках образуется водяной пар. Под действием архимедовой силы эти пузырьки поднимаются вверх, попадая при этом в ещё не прогретые слои воды. Водяной пар в пузырьках конденсируется, пузырьки сильно сжимаются, и в жидкости распространяется звук, импульс.

1 действие
ставим чайник на огонь
В каком чайнике вода скорее нагреется: в новом или старом, на стенках которого имеется накипь?
В новом. Его теплопроводность выше и поэтому теплообмен осуществляется быстрее.

2 действие
нагревание и кипение чая
Пар или кипяток сильнее обжигает? Почему?
Пар, так как на образование пара затрачивается больше энергии. При ожоге паром выделяется энергия Q=Lm+cm(t2-t1), а кипятком только Q=cm(t2-t1).

2 действие
нагревание и кипение чая
Чем больше времени находится в употреблении эмалированный чайник, тем медленнее закипает в нем вода. Почему?
На стенках чайника образуется накипь, которая обладает плохой теплопроводностью.

2 действие
нагревание и кипение чая
Можно ли заставить кипеть воду, не нагревая её?
Можно, если уменьшить давление.

2 действие
нагревание и кипение чая
Какой чайник светлый или тёмный быстрее остынет?
Тёмный. Тёмные тела лучше принимают энергию излучения и лучше отдают.

2 действие
нагревание и кипение чая
У которого часто подпрыгивает, у того воды больше и образовавшийся пар толкает крышку, а у другого чайника воды мало и поэтому весь пар выходит через носик.
В двух одинаковых чайниках, поставленных на одинаковые горелки, кипит вода. У одного из них крышка часто подпрыгивает, а другого неподвижна. Почему?

2 действие
нагревание и кипение чая
Некоторые хозяйки, желая ускорить варку, усиливают огонь под кастрюлей, в которой кипит вода. Правилен ли это приём?
Нет, так как когда вода кипит, то температура кипения не меняется, и чтобы она продолжала кипеть, достаточно небольшого огня.

2 действие
нагревание и кипение чая
В одном чайнике сырая вода, в другом кипяченая той же температуры. Какая быстрее закипит?
Сырая, так как в ней больше воздуха.

3 действие
заваривание чая
Какой чайник металлический или фарфоровый ты выбираешь для заваривания чая? Почему?
Фарфоровый, т.к. он обладает худшей теплопроводностью, чем металлический, а значит, в нём будет более высокая температура.

3 действие
заваривание чая
На столе различная посуда: металлические кружки, стеклянные и фарфоровые чашки. Какую посуду ты выбрал, чтобы выпить чай? Почему?
Фарфоровую или стеклянную чашку, чтобы не обжечься, так как теплопроводность металла выше.

4 Действие
разливание чая
Какие лучше использовать стаканы толстостенные или тонкостенные?
Тонкостенные, так как они прогреваются быстрее и равномерно. Толстостенные внутри нагреваются, а снаружи нет. Поэтому стакан может разбиться.

4 Действие
разливание чая
Что раньше наливать в стакан заварку или кипяток?
Заварку, так как её температура ниже и процесс перемешивания происходит быстрее.

4 Действие
разливание чая
В стакан налит горячий чай. Как осуществляется теплообмен между чаем и стенками стакана?
Посредством теплопроводности.

4 Действие
разливание чая
В каком случае процесс теплообмена произойдёт быстрее, если в горячий чай наливать холодную воду; в холодную наливать горячий чай той же массы?
Если в горячий чай наливать холодную воду, процесс конвекции пойдёт быстрее.