Инженерная олимпиада 2020, 11 класс, задача 2
На рисунке показаны схема и фотография итальянской кофеварки. Для варки кофе ее ставят на плиту и нагревают снизу. Молотый кофе помещают между двумя сетками в среднюю часть кофеварки. Объясните принцип работы кофеварки. Должен ли какой-то из отсеков кофеварки быть герметичным для ее работы? И если да, то какое давление он должен «держать»? В каком из отсеков кофеварки получается готовый кофе?
Вода наливается в нижний отсек кофеварки, который закрывается герметично. Этот отсек связан с верхним (открытом в атмосферу) отсеком кофеварки трубочкой, начало которой лежит ниже уровня воды (когда этот отсек заполнен). Между верхним и нижним отсеками кофеварки размещается молотый кофе, ограниченный сверху и снизу мелкой сеткой, не допускающей его проникновение в верхний и нижний отсеки.
Кофеварка с водой ставится на плиту. Когда вода закипает, образующийся в нижнем отсеке водяной пар благодаря герметичности нижнего отсека создает в нем повышенное давление, давит на поверхность воды и заставляет воду подниматься по трубке. При этом герметичность нижнего отсека должна быть такой, чтобы она выдержала давление, равное давлению столба жидкости высотой с трубку в кофеварке. Поднимаясь по трубке, кипяток проходит через молотый кофе и становится жидким кофе. Этот кофе вытекает через трубку в верхний отсек, откуда его уже можно разлить по чашкам.
Правильное объяснение основного принципа работы кофеварки - пропускание кипятка через кофейный порошок
Правильное объяснение функций отсеков кофеварки - где вода, где кофейный порошок, где кофе
Правильное объяснение необходимости герметичного отсека и оценка его возможностей держать избыточное давление
Правильное объяснение механизма выталкивания воды - образование большого количества пара при ее кипении, и выталкивание воды паром