Feladat:	2014. évi Eötvös fizikaverseny 2. feladata	Korcsoport: 18-	Nehézségi fok: nehéz
Füzet:	2014/december, 556. oldal		PDF  |  MathML
Témakör(ök):	Eötvös Loránd (korábban Károly Irén), Telített gőz
Hivatkozás(ok):	Feladatok: 2014/december: 2014. évi Eötvös fizikaverseny 2. feladata

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.   Megoldás. A gázpalack használata közben a palackból gáz áramlik ki, a kiáramló gázt a palackon belül a folyékony bután forrása pótolja. A folyadék elforralásához energiára van szükség, amelyet ‐ legalább részben ‐ a folyékony butánból von el, és így a bután lehűl. Amikor a palackban már csak kevés bután van, akkor sokkal kisebb a hőkapacitása, mint a teli palacknak, és így jobban lehűl. A folyadék-gáz rendszerekben kialakuló egyensúlyi gőznyomás viszont erősen hőmérsékletfüggő, a hőmérséklet aránylag csekély csökkenése is a nyomás jelentős csökkenését, és ezzel a vízforralási idő jelentős meghosszabbodását okozza.   Megjegyzések. 1. A forralási idő meghosszabbodását természetesen nagyon sok más tényező is okozhatja: a levegő vagy a víz hőmérsékletének csökkenése, a légnyomás növekedése (az időjárás vagy a tengerszint feletti magasság változása miatt), a főző szelepének eldugulása, és így tovább. (A feladatban azonban ezekről nincsen szó, és a fiúk ‐ akik láthatóan elég okosak ‐ szintén nem beszélnek róla.) Általában igaz, hogy egy jelenséget végtelen sok hatás befolyásol kisebb-nagyobb mértékben. Így fel se sorolhatjuk azt a végtelen sok hatást, amit elhanyagolunk, nem veszünk figyelembe. A feladat annak a néhány effektusnak a felismerése és leírása, amelyek a jelenséget alapvetően meghatározzák. Erre a feladatra hat versenyző adott hibátlan megoldást. Még többen rájöttek arra, hogy a palack lehűl, de nem elemezték a folyadék mennyisége és a lehűlés mértéke, illetve a lehűlés és az egyensúlyi gőznyomás csökkenése közti kapcsolatot. 2. A gyakorlatban használt gázpalackok jelentős részében nem tiszta bután, hanem propán-bután keverék található. A folyadékkeverékek gőznyomását a Raoult-törvény írja le. Ilyenkor a két komponens nem egyforma sebességgel fogy a palackból, és ez is okozhatja a nyomás csökkenését. A feladatban ezért szerepel tiszta bután töltésű palack. Ilyen is kapható: főleg nyáron előnyös, mert a bután gőznyomása jóval kisebb, mint a propáné, így nagy melegben se alakul ki túl nagy nyomás. 3. Az eredményhirdetés végén a jelenséget kísérlettel is demonstráltuk: egy már majdnem kiürült palack aljára platina ellenállás-hőmérőt ragasztottunk, melynek ellenállását egy multiméterrel mértük. A palack szelepének megnyitása után az ellenállás látványosan csökkent, ami a hőmérséklet csökkenését igazolta.