Решение

В открытом сосуде происходит непрерывное испарение воды с поверхности. Так как удельная теплота парообразования воды очень велика, этот процесс отнимает у жидкости значительное количество тепловой энергии. Кроме того, над открытой поверхностью постоянно происходят конвективные потоки: горячий пар поднимается, а на его место поступает холодный комнатный воздух, дополнительно охлаждая воду.

В сосуде, закрытом крышкой, происходят два важных изменения:

1. Пространство под крышкой быстро заполняется насыщенным паром. Между жидкостью и паром устанавливается динамическое равновесие (число молекул, покидающих жидкость, равно числу возвращающихся). Результирующая потеря тепла на фазовый переход прекращается.
2. Крышка предотвращает конвективный теплообмен с окружающей средой, удерживая слой горячего пара, который служит теплоизолятором.

Благодаря этому вся энергия, подводимая от нагревателя, идет только на нагрев самой воды, и она достигает температуры кипения быстрее.

*(Важное примечание: предполагается, что крышка прилегает негерметично, и давление над водой остается равным атмосферному. При герметичном закрытии давление внутри сосуда росло бы, что привело бы к повышению температуры кипения, и процесс мог бы занять больше времени).*