Эта задача — про атмосферное давление, температуру кипения и почему “кипит” не значит “горячо”.
Атмосферное давление, насыщенный пар, фазовые переходы и как это влияет на готовку
📜 Условие:
Вы поднялись в горы — на высоту 3000 метров над уровнем моря.
Поставили чайник — вода закипела… но термометр показывает всего 90°C!
Вы в недоумении: «Почему не 100°C? Ведь это же кипение!»
Вопросы:
- Почему температура кипения зависит от высоты? Как связано это с атмосферным давлением?
- Как рассчитать температуру кипения воды на высоте 3000 м?
- Почему при пониженном давлении вода “кипит”, но не “горячая”?
- Как это влияет на готовку еды — и почему в горах пельмени варятся дольше?
- Бонус: Почему скороварка — лучший друг альпиниста? Как она “обманывает” давление?
(Данные:
— На уровне моря: P₀ = 101 325 Па, T_кип = 100°C
— На высоте 3000 м: P ≈ 70 000 Па
— При 90°C давление насыщенного пара воды ≈ 70 000 Па
— Удельная теплота парообразования: L = 2.3·10⁶ Дж/кг
— Правило: на каждые 300 м подъёма — температура кипения падает на ~1°C)
🔍 Подробное решение
🌬️ Часть 1: Почему температура кипения зависит от высоты?
Потому что кипение начинается, когда давление насыщенного пара жидкости равно внешнему давлению.
На уровне моря — внешнее давление = 1 атм → вода кипит при 100°C (потому что P_нас(100°C) = 101 325 Па).
В горах — атмосферное давление ниже → вода начинает кипеть при более низкой температуре — когда её давление насыщенного пара сравняется с пониженным атмосферным.
✅ Ответ 1:
Вода кипит, когда давление её насыщенного пара = внешнему давлению.
В горах — давление ниже → кипение наступает при меньшей температуре.
📐 Часть 2: Расчёт температуры кипения на высоте 3000 м
На высоте 3000 м — давление ≈ 70 000 Па.
Из таблиц насыщенного пара:
- При 90°C → P_нас ≈ 70 100 Па — почти точно!
✅ Ответ 2:
Температура кипения на высоте 3000 м — ~90°C.
(Можно также использовать эмпирическое правило: 3000 м / 300 м = 10 → 100°C – 10°C = 90°C)
☕ Часть 3: Почему “кипит”, но не “горячая”?
Потому что кипение — это фазовый переход, а “горячесть” — это температура.
👉 Вода бурлит, пузырьки пара — везде — это и есть кипение.
Но температура — всего 90°C — значит, теплосодержание меньше, чем при 100°C.
👉 Например, чтобы сварить яйцо — нужно денатурировать белок, что требует температуры > 80°C, но чем выше температура — тем быстрее процесс.
✅ Ответ 3:
“Кипит” — значит, идёт интенсивное парообразование.
“Не горячая” — значит, температура ниже 100°C → меньше тепловой энергии → процессы идут медленнее.
🍝 Часть 4: Почему в горах еда варится дольше?
Потому что:
- Температура кипения ниже → меньше тепла передаётся продукту,
- Химические реакции (размягчение клетчатки, свёртывание белков) замедляются — по правилу Вант-Гоффа:
Скорость реакции падает в 2–4 раза при снижении температуры на 10°C.
👉 При 90°C вместо 100°C — варка может занять в 2–3 раза больше времени.
✅ Ответ 4:
При пониженной температуре кипения — теплопередача и химические реакции замедляются → еда варится дольше.
Пельмени, картошка, яйца — всё требует больше времени.
🍲 Часть 5: Бонус — почему скороварка — лучший друг альпиниста?
Потому что скороварка создаёт внутри повышенное давление — до 2 атм → температура кипения воды — до 120°C → еда варится быстро и эффективно, даже на высоте.
👉 Это — обратный эффект: вместо того чтобы мир подстраиваться под горы — вы создаёте свой “уровень моря” внутри кастрюли.
✅ Ответ 5:
Скороварка герметична → пар не выходит → давление растёт → температура кипения ↑ → еда варится быстро.
На высоте 3000 м — в скороварке вода кипит при 120°C → готовка как на уровне моря.
📊 Сводная таблица:
1. Почему зависит от высоты?
Кипение при P_нас = P_атм. В горах P_атм ↓ → T_кип ↓.
2. Температура на 3000 м?
~90°C(P_атм ≈ 70 000 Па = P_нас(90°C))
3. Почему “кипит”, но не “горячая”?
Кипение — фазовый переход. “Горячесть” — температура. При 90°C — меньше энергии.
4. Почему еда варится дольше?
Меньше температура → медленнее химические реакции → в 2–3 раза дольше.
5. Почему скороварка спасает?
Создаёт повышенное давление → T_кип ↑ до 120°C → готовка как на уровне моря.
😄 Как объяснить это другу в походе?
«Представь, что вода — это толпа, которая хочет выйти из комнаты.
Дверь — это давление.
На уровне моря — дверь широкая → люди выходят при 100°C.
В горах — дверь уже → люди “вырываются” уже при 90°C — но их “энергия” меньше.
А скороварка — это как если бы ты закрыл дверь и сказал: “Сначала накопите энергию до 120°C — потом выйдете!”.
Физика говорит: “Хочешь горячий чай в горах — вари под давлением.
Хочешь пельмени — бери скороварку 😉”»
🎓 Почему это важно?
Эта задача — прекрасный пример:
- влияния давления на фазовые переходы,
- практического применения термодинамики,
- важности температуры в кинетике процессов,
- и того, почему “кажется, что кипит — значит, готово” — на самом деле не так, если вы в горах.
А пока — поставьте чайник в горах.
Засеките температуру.
Посчитайте время варки.
И улыбнитесь — вы только что победили высоту… с помощью физики. 🏔️♨️