Среди многочисленных приспособлений для приготовления пищи нередко встречаются очень интересные с точки зрения не только кулинарии, но и физики. Одно из таких устройств – молоковарка –специальная кастрюля для кипячения молока. Она состоит из двух кастрюль, вложенных одна в другую. Между стенками через специальное отверстие заливают воду, а во внутреннюю кастрюлю – молоко (см. рисунки).

При нагревании в такой кастрюле молоко пастеризуется, но не закипает и не «убегает», даже если вода между стенками кастрюль бурно кипит. Возникает вопрос: почему? Ведь молоко примерно на 90% состоит из воды и кипит практически при той же температуре, что и вода. Объяснение этого явления связано с решением старинной задачи «Будет ли кипеть вода в кастрюле, которая плавает в другой кастрюле с кипящей водой?».

Эту задачу и её решение можно встретить, например, в книге «1001 задача по физике». Вот какое решение там приводится. «Очевидно, вода в плавающей кастрюле нагревается до температуры кипения. Однако это ещё не означает, что она закипит: ведь для того, чтобы жидкость, достигшая температуры кипения, и в самом деле закипела, необходим дальнейший подвод теплоты к этой жидкости. Вода в большой кастрюле получает необходимое количество теплоты от нагревателя; вода же в плавающей кастрюле может получить теплоту лишь от воды в большой кастрюле. Однако при достижении температуры кипения теплообмен между жидкостями прекращается, поскольку их температуры становятся одинаковыми. Поэтому вода в плавающей кастрюле кипеть не будет».

Любознательному читателю придёт в голову вопрос о влиянии стенок внутренней кастрюли на кипение воды в ней. Из приведенного решения следует, что это влияние не существенно, так как всё равно теплопередача не происходит. И тогда стенки плавающей кастрюли можно сделать как угодно тонкими или убрать вообще: то есть считать маленькую кастрюлю просто мысленно выделенной частью большой кастрюли! Получается парадокс: без маленькой кастрюли кипит вся вода в большой кастрюле, а с маленькой кастрюлей (даже мысленно выделенной) она кипит не вся.

В чём же разгадка противоречия? Дело в том, что в мысленно выделенной части воды, как и во всём объёме большой кастрюли, вода не кипит тоже! Энциклопедия определяет кипение как «переход жидкости в пар, происходящий с образованием в объёме жидкости пузырьков пара». Поскольку в большой кастрюле пузырьки образуются только в придонном объёме кипящей воды, то и вода кипит только в придонном слое, а во всей остальной толще (с точки зрения физики) наблюдается не кипение, а всплытие образовавшихся около дна пузырьков.

Какова же роль стенок внутренней кастрюли? В том, что поднимающиеся со дна внешней кастрюли пузыри не могут проникнуть в объём, ограниченный стенками внутренний кастрюли. Если этих стенок нет, то пузыри беспрепятственно заполняют весь объём жидкости и создаётся впечатление, что кипит вся вода в кастрюле (бытовое представление о кипении). Тем не менее объёмное кипение можно наблюдать и в быту, например, нагревая воду в микроволновой печи в неметаллических кастрюлях. В этом случае плавающая внутренняя кастрюля от кипения не спасает. Вода будет поглощать микроволны по всему своему объёму и закипит в обеих кастрюлях.

(C) 2010. Эпштейн Вячеслав Григорьевич (г. Харьков)