Загадки кипения

Весь рабочий день о них одних рассказываю. Пять уроков подряд.
– Не лучший вариант, – скажет кто-то.
А я не соглашусь – рассказываю одно, да не то же.
На первом уроке даю материал, а обратная связь подсказывает, где допущены ошибки, где слабые места повествования, а где трудности восприятия. На последующих – коррекцией занимаюсь. Шлифовкой и устранением шероховатостей. Последний же – почти “произведение искусства”. Но это в теории, а на практике можно долго над этим “почти” раздумывать и даже близко к нему не подойти. И такое бывает.
– Сегодня мы будем говорить с вами о парообразовании, а точнее, об одном из его видов – кипении.
Благодатная тема. Мы выясняем его особенности. Учебник скромно сообщает, что происходит образование пузырьков пара по всему объему при строго определенной температуре кипения, которая является для данной жидкости константой. Но мне нужны яркие образы, являющиеся катализатором к пониманию. Весь “научный фольклор” ради него.
С телевизионного экрана стреляет оружие гражданской – пулемет “Максим”: та-та-та-та-та.
– Как долго может стрелять пулемет? Пока не кончатся патроны? А если с ними нет проблем? Бесконечно долго? Скажите тогда, зачем в кожух его ствола перед стрельбой заливают воду?..
– Догадались? Тогда предложите, где можно использовать этот принцип в настоящее, мирное время. Думаем!..
Идея первого урока:
– Полагаю, что это чайник с водой на раскаленной плите. Пока жидкость не выкипит, ее температура будет оставаться равной 1000С.
В подтверждение кто-то вспоминает о печальной судьбе электросамовара, в который забыли налить воду.
Я очень ценю эти мысли, догадки и фантазии ребят. “Сухая” наука для них оживает, а с нею и окружающий мир. И тогда рождаются открытия.
Открытие, сделанное на следующем уроке:
– “Космический чайник”!
– Что за диво?

– Защита от перегрева космического аппарата (К.А.). Влетая в земную атмосферу при спуске, он из-за большого воздушного сопротивления тормозит и нагревается до такой степени, что самые тугоплавкие вещества способны испариться. Что обеспечит безопасность космонавтов? Наш “чайниковый эффект”! К.А. одевают в “жертвенный слой” защитного покрытия. Превращаясь в пар, он, подобно воде в чайнике, защищает от перегрева.
– А теперь внимание: в этих сосудах жидкости одинаковой плотности: “X” и “Y”. Сольем и перемешаем. Химической реакции при этом не происходит. Предложите способ их разделения.
Мы “открываем” крекинг нефти.
Говоря о наличии центров парообразования как одном из условий закипания, прогнозируем, что будет, если убрать эти пузырьки нерастворенного газа и частички примесей. Получаем перегретую жидкость.
И вновь видеозапись. Опасный эксперимент: в литр “ненормальной воды” всыпают меловую пыль. В мгновения жидкость превращается в пар. Пфффф-у! – столб в потолок. Аплодисменты.
На предпоследнем уроке успели даже обсудить вопрос о том, где этот эффект можно использовать, и вышли на “пузырьковую камеру” для наблюдения треков частиц.
Особое внимание и интерес к экспериментам, наблюдаемым не с экрана, а с кафедры. К тем, которые можно руками потрогать.
– Второе условие закипания – рост паровых пузырьков.
Сначала научное предсказание.

ПРЕДСКАЗАНИЕ:
Растут, если: Pпара > pgh + Pвнешнее.
Уменьшаются в размере и схлопываются, если:
Pпара < pgh + Рвнешнее.
Следовательно, температура кипения зависит от внешнего давления.

– Зависит. А как? …Молодцы! Давайте проверим.
Стеклянная колба закрыта пробкой со шлангом. Внутри вода из-под крана. Рукой потрогали и оценили:
– Прохладная.
Шланг к насосу Комовского подсоединен. В кабинете имеются два насоса: один совмещен с мощным электродвигателем, другой – ручного действия. Для нас второй предпочтительней.
– Кто ручку крутить желает? (“Для того чтобы ученик все хорошо понял, – поучал меня, помнится, после окончания института пожилой учитель, – ему надо дать возможность услышать, увидеть и пощупать”.)
Чав-чав-чав – чавкает маслом поршень внутри насоса, исправно откачивая воздух. Чав-чав-чав – понижает давление. И вдруг…
Бурление.
– Кипит!
Дотронулся до колбы. Пальцы обжег, на них усиленно дую. Беспокойство и…смех. Раскрыт розыгрыш. Никаких чудес. На понимание работаем.

На втором уроке пришла идея вместо колбы полуметровый мерный цилиндр использовать.
– Смотрите, где пузырьки зарождаются. В двадцати сантиметрах от дна. Ниже не кипит. Непонятно только почему. Разобрались ребята, что все дело в “h”. Предсказание срабатывает.
Третий урок. Двигаемся дальше. У цилиндра размещен чувствительный микрофон и усилитель. А из громкоговорителя слышно, как холодный кипяток клокочет. Красота рождает новые мысли:
– Как-то незадолго до закипания мой чайник, похоже, шумел. Крышку открыл – не булькает. Не понял и закрыл. Но теперь осмыслил – пузырьковое схлопывание. Они у горячей поверхности рождаются и, оторвавшись, в непрогретую жидкость попадают. А там смерть, согласно предсказанию, от охлаждения и уменьшения давления пара (Рпара). “Голос” каждого не слышен, а вместе – шум.
Бурлит жидкость. Бурлит класс. Учитель на перемене бежит в школьный буфет.
– Газированной воды в бутылочке, пожалуйста… Не знаете, пузырьков при открывании много образуется?.. Спасибо, – и снова в кабинет.
Пусть подумают, что происходит с кровью водолаза, быстро поднимающегося на поверхность с глубины. А догадавшись, пусть эту кессонную болезнь при помощи моей покупки продемонстрируют. А если еще и способы предотвращения предложат… Стоп! Какой урок? Какой класс?
Так и осталась бутылка нераскупоренной. Не было кипения на кафедре и в мыслях присутствующих. “Произведения искусства” не получилось. Да и обычного тоже. Сплошное “схлопывание”.
А причина в чем? Об этом размышляю после урока. Можно себя успокоить:
– Есть такие ученики, с которыми ничего не рождается. “Недогретая жидкость”, а не класс.
– Нам бы троечку… А физику эту себе оставьте.
Субъективен такой взгляд. Деятельность-то совместная. Может быть, условия для “закипания” не выполнены? О них-то и надо подумать.
Сложный это процесс – “кипение”. Для вещества переход из одного фазового состояния в другое сопровождается повышением внутренней энергии. А для ребят – новым уровнем деятельности и сознания.
Сложен процесс, но увлекателен. Много в нем загадок и тайн. И для учеников, и для учителя.
Сергей КИРИЛЛОВ
Москва