«Твёрдая углекислота, несмотря на свою очень низкую температуру, может быть безопасно положена на кожу… но если кусок снегообразной кислоты сжать между пальцами, то происходит сильное обмораживание» (Менделеев). Объясните.
▶Посмотреть решениеСкрыть решение
Твёрдая углекислота при атмосферном давлении не плавится, а сублимирует при \(-78^\circ\mathrm{C}\). Положили кусок на кожу — ближайший слой мгновенно превращается в газ. Газовая прослойка:
1) имеет теплопроводность в сотни раз хуже, чем у твёрдого тела;
2) всё время подпитывается новым паром и слегка приподнимает кусок (мини-Лейденфрост).
Тепловой поток с кожи мал, обморожения нет — можно «безопасно положить», как писал Менделеев.
Сжали между пальцами — газ выдавили, CO\(_2\) прижат к коже по большой площади. Теперь тепло уходит теплопроводностью твёрдого тела, поток \(\varkappa\Delta T/\delta\) огромен (\(\Delta T\sim110\) К, \(\delta\) — микроны контакта). Кожа локально остывает ниже нуля за доли секунды — сильное обмораживание.
Тот же механизм, что у капли на раскалённой плите и у мокрого пальца на утюге: паровая подушка спасает, пока её не уничтожили. Жидкий азот на руке ведёт себя так же — плёнка пара. Монету, вынутую из азота, сжимать уже опасно: металл не строит подушку, контакт жёсткий.