Номер 19.8, страница 142 - гдз по физике 10-11 класс задачник Гельфгат, Генденштейн

Упражнения. 19. Свойства жидкостей. Жидкости, пары и твердые тела - номер 19.8, страница 142.

Условие.

19.8. Изменится ли высота подъема воды в капилляре, если его внести в безвоздушное пространство?

Решение. В этом случае над водой не будет водяных паров и усиленное испарение понизит температуру воды. Поверхностное натяжение увеличится, и уровень воды в капилляре повысится.

Решение.

Решение

Высота подъема жидкости в капилляре ($h$) описывается законом Жюрена, который для случая смачивающей жидкости, такой как вода в стеклянном капилляре, имеет вид:

$h = \frac{2\sigma}{\rho g r}$

где $\sigma$ – коэффициент поверхностного натяжения жидкости, $\rho$ – плотность жидкости, $g$ – ускорение свободного падения, а $r$ – радиус капилляра. Из этой формулы видно, что высота подъема напрямую зависит от поверхностного натяжения $\sigma$.

При внесении капилляра с водой в безвоздушное пространство (вакуум) происходят следующие процессы:

1. Усиленное испарение. В отсутствие внешнего давления и паров воды над поверхностью, испарение с поверхности воды значительно усиливается.

2. Охлаждение воды. Испарение – это процесс, требующий энергии (скрытой теплоты парообразования). Эта энергия отбирается у самой воды, что приводит к понижению ее температуры.

3. Увеличение поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение воды зависит от температуры: с понижением температуры оно увеличивается, так как силы межмолекулярного притяжения становятся сильнее.

Поскольку коэффициент поверхностного натяжения $\sigma$ увеличивается, а высота подъема $h$ прямо пропорциональна ему, то и уровень воды в капилляре повысится.

Ответ: Да, изменится. Высота подъема воды в капилляре увеличится. Это произойдет потому, что в безвоздушном пространстве усилится испарение, что приведет к охлаждению воды. Поверхностное натяжение воды с понижением температуры возрастает, вызывая увеличение высоты подъема жидкости в капилляре.