Номер 2, страница 335 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Вопросы. Параграф 60. Насыщенный пар. Влажность. Глава 9. Агрегатные состояния вещества. Фазовые переходы. Молекулярная физика и термодинамика - номер 2, страница 335.

Условие.

2. Как изменяются плотность насыщенного пара и его парциальное давление при увеличении температуры? Обоснуйте ответ с точки зрения молекулярно-кинетической теории.

Решение.

Насыщенный пар — это пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью. Это означает, что число молекул, покидающих жидкость в единицу времени (испарение), равно числу молекул, возвращающихся в жидкость из пара (конденсация).

Плотность насыщенного пара

С точки зрения молекулярно-кинетической теории (МКТ), температура является мерой средней кинетической энергии молекул. При увеличении температуры средняя кинетическая энергия молекул в жидкости возрастает. В результате все большее число молекул на поверхности жидкости обладает энергией, достаточной для преодоления сил межмолекулярного притяжения и перехода в газообразное состояние. Таким образом, интенсивность испарения увеличивается.

Чтобы в системе снова установилось динамическое равновесие, интенсивность конденсации также должна возрасти. Интенсивность конденсации прямо пропорциональна концентрации молекул пара над поверхностью жидкости (числу молекул, сталкивающихся с поверхностью в единицу времени). Следовательно, для установления нового равновесия при более высокой температуре концентрация молекул в паре должна увеличиться.

Плотность вещества $\rho$ напрямую связана с концентрацией его молекул $n$ и массой одной молекулы $m_0$ через формулу $\rho = n \cdot m_0$. Поскольку с ростом температуры концентрация $n$ молекул насыщенного пара увеличивается, его плотность $\rho$ также возрастает.

Ответ: При увеличении температуры плотность насыщенного пара увеличивается.

Парциальное давление насыщенного пара

Согласно основному уравнению МКТ для идеального газа, давление $p$ связано с концентрацией молекул $n$ и абсолютной температурой $T$ соотношением $p = nkT$, где $k$ — постоянная Больцмана. Давление создается ударами молекул о стенки сосуда.

При увеличении температуры насыщенного пара происходят два процесса, влияющих на давление:

1. Как было показано выше, увеличивается концентрация молекул пара $n$. Это приводит к увеличению числа ударов молекул о стенки сосуда в единицу времени.
2. Увеличивается сама температура $T$, что означает рост средней кинетической энергии молекул. В результате каждый удар молекулы о стенку становится сильнее.

Поскольку в формуле $p = nkT$ с ростом температуры увеличиваются оба сомножителя ($n$ и $T$), давление насыщенного пара растет. Причем этот рост происходит значительно быстрее, чем для идеального газа в замкнутом объеме, где концентрация $n$ остается постоянной.

Ответ: При увеличении температуры парциальное давление насыщенного пара увеличивается.