Номер 11, страница 80, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Молекулярная физика и термодинамика. Глава VI. Термодинамика. Параграф 34. Изменения агрегатных состояний вещества - номер 11, страница 80.

Условие.

°11. Почему обжечься паром опаснее, чем кипятком?

Решение 2.

Решение

Обжечься паром опаснее, чем кипятком, потому что при одинаковой температуре (например, 100°C) и одинаковой массе, пар при контакте с кожей выделяет значительно большее количество теплоты, чем кипяток. Это происходит из-за двухэтапного процесса теплопередачи от пара.

1. Ожог кипятком. Кипяток — это вода в жидком состоянии при температуре кипения (100°C при нормальном давлении). Попадая на кожу, кипяток остывает, отдавая тепло. Количество выделяемой теплоты ($Q_1$) при остывании воды массой $\text{m}$ от 100°C до температуры тела (например, 37°C) определяется формулой:
$Q_1 = c \cdot m \cdot (t_{кипения} - t_{тела})$
где $\text{c}$ — удельная теплоемкость воды.

2. Ожог паром. Пар — это вода в газообразном состоянии. Когда пар с температурой 100°C попадает на более холодную кожу, происходят два последовательных процесса:

а) Конденсация. Сначала пар конденсируется, то есть переходит из газообразного состояния в жидкое (в воду) при той же температуре 100°C. Этот фазовый переход сопровождается выделением большого количества энергии, называемой удельной теплотой парообразования ($\text{L}$). Выделенная теплота ($Q_{конд}$) рассчитывается как:
$Q_{конд} = L \cdot m$
Для воды удельная теплота парообразования очень велика и составляет примерно $2,3 \cdot 10^6$ Дж/кг.

б) Остывание. Образовавшаяся в результате конденсации горячая вода (кипяток) при 100°C затем остывает на коже, отдавая теплоту ($Q_{охл}$), точно так же, как в первом случае:
$Q_{охл} = c \cdot m \cdot (t_{кипения} - t_{тела})$

Общее количество теплоты ($Q_2$), которое отдает пар коже, является суммой теплоты конденсации и теплоты остывания:
$Q_2 = Q_{конд} + Q_{охл} = L \cdot m + c \cdot m \cdot (t_{кипения} - t_{тела})$

Сравнивая количество теплоты, отданное кипятком ($Q_1$) и паром ($Q_2$), видим, что пар отдает на $L \cdot m$ больше энергии. Именно эта дополнительная энергия, выделяющаяся в процессе конденсации, и является причиной того, что ожоги паром гораздо более тяжелые и глубокие, чем ожоги кипятком.

Ответ: Пар опаснее кипятка, потому что при контакте с кожей он не только остывает, но и конденсируется (превращается в воду). Процесс конденсации сопровождается выделением очень большого дополнительного количества теплоты (удельной теплоты парообразования), что приводит к значительно более сильному ожогу по сравнению с кипятком той же температуры.