Задача 5.5.14копоть и трубка
Условие
Пламя горелки коптит. Если поднести сверху вертикальную стеклянную трубку, копоть пропадает, однако появляется снова, если закрыть трубку сверху. Объясните это явление.
▶Посмотреть решениеСкрыть решение
Решение
Идея
Копоть — это несгоревший углерод: кислорода не хватает. Вертикальная трубка создаёт тягу и
подаёт к пламени свежий воздух.
Откуда тяга. Горячий газ в трубке легче холодного наружного. Столб высоты \(H\) даёт перепад давлений
\[ \Delta P = (\rho_{\text{хол}}-\rho_{\text{гор}})\,gH = \rho_{\text{хол}}\,gH\left(1-\frac{T_{\text{хол}}}{T_{\text{гор}}}\right), \]который и «подсасывает» воздух снизу. Приток кислорода растёт, углерод успевает сгореть полностью — пламя становится ярким и несветящим.
Если трубку закрыть сверху, тяга исчезает: поток прекращается, кислорода снова не хватает, копоть возвращается ✓.
Проверка.
Тот же принцип — в фабричной трубе (задача 5.5.15) ✓, в керосиновой лампе со стеклом ✓, в
печной трубе ✓.
Чем выше трубка и чем горячее газ, тем сильнее тяга ✓ — потому дымовые трубы делают
высокими.
Проверка «от противного»: если бы дело было в отражении тепла, закрытая сверху трубка грела
бы пламя ещё сильнее и копоть уменьшилась бы — а наблюдается обратное ✓.
Ответ
Трубка создаёт тягу и обеспечивает приток кислорода; при закрытом верхе тяга исчезает.