Номер 8, 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 8, страница 330.

Условие.

8. Почему конденсация сопровождается нагреванием?

Решение.

Решение

Конденсация — это физический процесс перехода вещества из газообразного состояния (пара) в жидкое. Этот процесс является обратным испарению и всегда сопровождается выделением энергии в виде теплоты. Чтобы понять причину этого явления, необходимо рассмотреть поведение и энергию молекул вещества в газообразном и жидком состояниях.

Молекулы в газообразном состоянии обладают высокой энергией. Она складывается из двух основных частей:

1. Кинетическая энергия: молекулы газа движутся хаотично и с большими скоростями.
2. Потенциальная энергия: молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга, и силы межмолекулярного притяжения между ними очень слабы. Потенциальная энергия взаимодействия молекул в газе велика.

При конденсации пар охлаждается или соприкасается с поверхностью, температура которой ниже температуры насыщения пара. Молекулы начинают двигаться медленнее, их кинетическая энергия уменьшается. При сближении молекул на достаточно малое расстояние начинают действовать силы межмолекулярного притяжения. Эти силы заставляют молекулы «слипаться» в капли жидкости.

В жидком состоянии молекулы расположены близко друг к другу и совершают колебательные движения около своих положений равновесия. Их кинетическая и, что особенно важно, потенциальная энергия значительно ниже, чем в газообразном состоянии. Уменьшение потенциальной энергии происходит из-за того, что при сближении молекул силы притяжения совершают положительную работу.

Согласно закону сохранения энергии, эта «избыточная» энергия, которую молекулы теряют при переходе из газообразного состояния в жидкое, не исчезает, а выделяется в окружающую среду в виде теплоты. Эта теплота называется удельной теплотой конденсации (или парообразования). Количество теплоты $Q$, выделяющееся при конденсации пара массой $m$, определяется формулой:

$Q = L \cdot m$

где $L$ — удельная теплота парообразования, постоянная для данного вещества.

Именно поэтому, например, ожог водяным паром при температуре 100°C гораздо опаснее, чем ожог кипятком той же температуры. При контакте с кожей пар не только отдает теплоту за счет остывания, но и выделяет огромное количество дополнительной энергии в процессе конденсации.

Ответ: Конденсация сопровождается нагреванием, так как при переходе вещества из газообразного состояния в жидкое его молекулы переходят на более низкий энергетический уровень. Молекулы в паре обладают большей потенциальной и кинетической энергией, чем в жидкости. "Избыток" этой энергии, в основном потенциальной, высвобождается в виде теплоты (теплоты конденсации) при сближении молекул и образовании между ними связей.