Парообразованию нужна энергия
Чтобы молекула покинула жидкость, ей нужно разорвать часть взаимодействий с соседями. Эта энергия называется скрытой теплотой парообразования. В вакуумной камере быстрые молекулы непрерывно уходят с паром, поэтому средняя энергия оставшейся жидкости уменьшается и температура заметно падает.
Кипение не обязательно нагревает
На плите тепло постоянно приходит от конфорки и поддерживает кипящую воду горячей. В вакууме внешнего нагревателя может не быть: бурное образование пара само расходует внутреннюю энергию образца. Поэтому видимые пузырьки соседствуют с падением показаний термометра, а не свидетельствуют о высокой температуре.
Как появляются кипение и лёд
Если насос продолжает снижать давление, испарительное охлаждение может довести часть воды до замерзания. Оставшаяся жидкость и поверхность льда продолжают отдавать пар. Рядом с тройной точкой три фазы способны существовать одновременно, хотя в простой демонстрации условия обычно неоднородны и постоянно меняются.
Почему процесс постепенно затихает
При охлаждении давление насыщенного пара уменьшается. Насосу становится сложнее поддерживать интенсивное кипение, а приток тепла через стенки и подставку начинает конкурировать с охлаждением. Итог зависит от массы воды, мощности насоса, теплоизоляции и растворённых газов, которые сначала тоже выделяются пузырьками.
Видео опыта
Исходный эксперимент можно посмотреть в ролике канала «Наука в Действии».