Свеча и подъем воды в стакане

26 Апр
2013

Почему, когда в воде стоит свеча, накрытая перевернутым стаканом, вода в стакане поднимается при угасании свечи?

Что понадобится:

  • четыре свечи;
  • большой стакан или банка, которыми можно накрыть все четыре зажженных свечи;
  • посуда с ровным дном, в которую налита вода.

Что делать? Поставьте одну свечу в миску, прочно прикрепив ее к дну, чтобы она не упала. Налейте в миску несколько сантиметров воды. Зажгите свечу. Накройте ее стаканом. Повторите эксперимент, накрыв стаканом четыре зажженных свечи.

Что можно наблюдать? Когда свеча погаснет, уровень воды в стакане повысится. Удивительно, но, если повторить эксперимент с четырьмя свечами, вода поднимется еще выше, чем в эксперименте с одной свечой.

Что происходит? Многих школьников, которым показывали этот опыт на уроках, а также некоторых учителей ждет сюрприз. Когда-то нам объясняли, что повышение уровня воды вызвано тем, что горящая внутри стакана свеча сжигает кислород, а вода поднимается, чтобы заполнить образовавшуюся пустоту.

Сгорание кислорода в пламени может быть только одной из причин повышения уровня воды, так как объем кислорода, затраченный на сгорание свечного воска, произведет примерно такой же объем углекислого газа, а из водорода, содержащегося в воске, получится вдвое больший объем водяного пара. Первый частично растворится в воде, последний почти полностью конденсируется. Это приведет к общему уменьшению объема газов внутри стакана.

Но все это — второстепенные процессы. Главное в этом опыте — тепло, выделяющееся при горении одной или нескольких свечей. Прикрытые стаканом свечи вызывают более заметное повышение температуры воздуха внутри него, чем одна свеча.

Когда свеча или свечи гаснут, окружающий их воздух становится холоднее и сжимается, освобождая место под стаканом для воды; степень сжатия прямо пропорциональна начальной средней температуре воздуха под стаканом. Чем больше свечей, тем больше тепла и выше температура до того, как они погаснут, следовательно, тем выше уровень подъема воды после остывания воздуха. Различный уровень воды в опытах с одной и с четырьмя свечами указывает на то, что отсутствие кислорода не может быть решающим фактором, поскольку в обоих случаях сжигается одинаковое количество кислорода. Причина, по которой уровень воды в стакане поднимается, — сжатие охлаждающихся газов, после того как свечи погаснут.

О том, что причина повышения уровня воды — сжатие расширенных газов, свидетельствует также тот факт, что вода поднимается только тогда, когда погаснут свечи и оставшиеся внутри стакана газы начнут охлаждаться. Если бы вода поднималась из-за сгорания кислорода под стеклом, она поднималась бы линейно, все время, пока горели свечи.

Между прочим, свеча сжигает лишь небольшой процент кислорода, поскольку для свободного горения ей требуется обычное содержание кислорода в воздухе (21%). Если кислорода в воздухе будет меньше, горение быстро прекратится, а повышение уровня воды слишком велико для замены сгоревшего кислорода.

Следует принять во внимание еще один фактор. Частично эффект объясняется толщиной трех дополнительных свечей во втором эксперименте. Вы сможете повторить его, если возьмете вместо четырех свечей одну, но по толщине равную четырем. Чем толще свеча, тем выше поднимется вода. Вода, которую втягивает в стакан, протискивается между свечами и стенками стакана, и, естественно, чем уже и меньше это пространство, тем выше поднимется вода.


 

Комментарии:

наверх