Яйцо в бутылке

Давайте сначала предположим систему, в которой огонь немедленно гаснет, когда яйцо закупоривает бутылку. Перед помещением яйца воздух выдувается наружу, поэтому в бутылке меньше молекул, так как давление внутри и снаружи атмосферное, а горячие молекулы толкают сильнее*. Когда яйцо запечатывает контейнер, воздух в бутылке охлаждается до комнатной температуры, но, поскольку внутри бутылки меньше молекул, возникает чистое давление**.

На самом деле, как вы правильно определили, есть еще один, более тонкий аспект. Вот грубое уравнение для сжигания древесины.

Обратите внимание на меньшее количество молекул газа с правой стороны. Уменьшает ли это давление, пока бутылка не запечатана? Нет, воздух может втекать и вытекать с любой скоростью, с которой он хочет поддерживать давление в бутылке на уровне атмосферного*. Когда мы запечатываем бутылку с яйцом, количество молекул в бутылке уменьшается по мере того, как огонь продолжает гореть. Хотя тепло огня может временно создавать внешнее давление, со временем в бутылке остается еще меньше молекул, чем раньше. При понижении до комнатной температуры они создают внутри бутылки давление намного ниже атмосферного***.

Мы описали эти действия на молекулярном уровне. Но модель, которую я использую, по сути является законом идеального газа.$PV = nRT$который включает закон Люссака и работает только в равновесии. (чтобы упростить жизнь, скажем, у нас есть мгновенное термодинамическое равновесие на каждой стадии). Я подчеркну, как каждая стадия моей попытки объяснения предсказывается уравнением.

позволять$T_1$быть комнатной температуры, пусть$T_2$- температура в бутылке, когда она горит, пусть$V$быть объем бутылки, пусть$P_1$быть атмосферным давлением и$P_2$быть конечное давление,$n_1$количество молекул внутри, пока он не запечатан и не горит,$n_2$количество молекул, пока он распечатан и зажжен, и$n_3$число молекул на конце.

Изначально,$P_1V = n_1RT_1$

.* Зажигаем, давление постоянно, температура растет так$n$уменьшается:$P_1V = n_2RT_2$

** запечатайте его, но он перестанет гореть, давление меняется, а температура снижается:$P_2V = n_2RT_1$.

*** запечатайте его, но продолжает гореть, давление меняется, а температура после$n$немного уменьшается:$P_2V = n_3RT_1$.

Четко$n_1>n_2>n_3$и, например, во втором случае:$P_2 = \frac{n_3}{n_1}P_1$так$P_2 < P_1$.

Бумага нагревает воздух внутри бутылки перед помещением яйца. Как только яйцо помещено, оно запечатывает бутылку, и оставшийся кислород быстро расходуется. Затем воздух внутри бутылки охлаждается, уменьшая давление воздуха внутри бутылки и всасывая яйцо внутрь.