Условие
5.10.12. Почему сохраняется очень низкой температура жидкого воздуха (81 K) в сосуде Дьюара и низкая температура твердой углекислоты в ящике продавщицы мороженого в жаркий летний день? Почему твердая углекислота не тает, как растаял бы лед?
Решение
Когда жидкий воздух начинает кипеть, энергия в виде тепла из окружающей среды поглощается, чтобы превратить часть жидкости в газ. Этот процесс требует значительных затрат тепловой энергии, что предотвращает повышение температуры оставшейся жидкости. Таким образом, кипение выступает как механизм стабилизации низкой температуры: жидкий воздух остаётся холодным, пока он кипит и за тем испаряется.
Отличие сухого льда от обычного льда заключается в его сублимации: твердая углекислота при нагревании не плавится, как лед, а переходит напрямую в газообразное состояние. Температура фазового перехода углекислоты — около 194 К. Даже в жаркий день её переход в газ требует затраты энергии, что поддерживает низкую температуру в ящике.
Ответ
Низкая температура воздуха в сосуде Дьюара поддерживается кипением воздуха, а низкая температура твердой углекислоты — сильным испарением ее с поверхности.