Номер 10, страница 330 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 9. Агрегатные состояния вещества. Фазовые переходы. Параграф 59. Испарение и конденсация - номер 10, страница 330.

Условие.

10. Объясните, почему температура воды в открытом стакане всегда немного ниже температуры окружающей среды.

Решение.

Температура воды в открытом стакане всегда немного ниже температуры окружающей среды из-за процесса испарения, который непрерывно происходит с открытой поверхности жидкости.

Молекулы в жидкости находятся в постоянном хаотическом движении и обладают разной кинетической энергией. Некоторые молекулы у поверхности движутся достаточно быстро, чтобы преодолеть силы межмолекулярного притяжения и покинуть жидкость, превратившись в пар. Этот процесс и называется испарением.

Жидкость покидают в первую очередь самые быстрые, "горячие" молекулы, то есть молекулы с наибольшей кинетической энергией. Когда эти молекулы улетают, средняя кинетическая энергия оставшихся в воде молекул уменьшается. Поскольку температура тела прямо пропорциональна средней кинетической энергии его молекул, температура воды понижается.

Одновременно с этим процессом охлаждения происходит и обратный процесс – теплообмен с окружающей средой. Так как вода становится холоднее воздуха, она начинает получать от него тепло. В итоге устанавливается динамическое равновесие: вода охлаждается из-за испарения и нагревается за счет теплообмена с окружающей средой. Равновесная температура воды оказывается на том уровне, где скорость потери тепла от испарения равна скорости получения тепла от окружающей среды, и эта температура всегда немного ниже температуры воздуха.

Ответ: Температура воды в открытом стакане ниже температуры окружающей среды из-за непрерывного процесса испарения, при котором жидкость покидают наиболее энергичные молекулы. Это приводит к уменьшению внутренней энергии и, как следствие, к охлаждению воды до тех пор, пока скорость охлаждения не сравняется со скоростью нагрева от окружающей среды.