Номер 6, страница 286 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 6. Термодинамика. Параграф 35. Фазовые переходы - номер 6, страница 286.

Условие.

6. Объясните, почему кипение воды происходит при температуре, при которой давление насыщенного водяного пара равно внешнему давлению.

Решение.

Кипение — это процесс интенсивного парообразования, который происходит по всему объёму жидкости, а не только с её свободной поверхности. Этот процесс заключается в образовании и росте пузырьков пара внутри жидкости.

В любой жидкости всегда присутствуют мельчайшие пузырьки воздуха или пара (так называемые центры парообразования). При нагревании жидкости молекулы воды переходят в эти пузырьки, создавая внутри них насыщенный пар. Давление этого насыщенного пара ($p_{нп}$) напрямую зависит от температуры: чем выше температура, тем выше давление пара.

На каждый пузырёк внутри жидкости действуют внешние силы. Основной силой, препятствующей росту пузырька, является внешнее давление ($p_{внеш}$), которое складывается из атмосферного давления на поверхность жидкости и гидростатического давления столба жидкости над пузырьком. Для того чтобы пузырёк мог существовать и увеличиваться в размерах, давление пара внутри него должно быть не меньше, чем внешнее давление.

Если давление насыщенного пара меньше внешнего давления ($p_{нп} < p_{внеш}$), то пузырёк будет сжат и схлопнется. По мере нагревания воды её температура растёт, а вместе с ней и давление насыщенного пара внутри пузырьков. Когда температура достигает значения, при котором давление насыщенного пара становится равным внешнему давлению ($p_{нп} = p_{внеш}$), пузырьки получают возможность расти, отрываться от дна и стенок сосуда и подниматься к поверхности. Этот процесс и есть кипение.

Таким образом, температура кипения — это температура, при которой давление насыщенного пара жидкости сравнивается с внешним давлением, что создаёт условие для парообразования во всём объёме.

Ответ: Кипение представляет собой процесс образования и роста пузырьков пара по всему объёму жидкости. Пузырёк может существовать и расти только тогда, когда давление насыщенного пара внутри него как минимум равно внешнему давлению (атмосферному и гидростатическому). Если давление пара ниже, пузырёк будет сжат и не сможет расти. Поэтому кипение начинается именно при той температуре, когда давление насыщенного пара достигает величины внешнего давления.