Номер 3, страница 335 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 9. Агрегатные состояния вещества. Фазовые переходы. Параграф 60. Насыщенный пар. Влажность. Вопросы - номер 3, страница 335.

Условие.

3. Можно ли нарушить равновесие между жидкостью и её насыщенным паром? Как это сделать? Обоснуйте ответ с точки зрения молекулярно-кинетической теории.

Решение.

Можно ли нарушить равновесие между жидкостью и её насыщенным паром?

Да, динамическое равновесие между жидкостью и её насыщенным паром нарушить возможно.

Как это сделать?

Нарушить равновесие можно, изменив внешние условия, в которых находится замкнутая система «жидкость-пар». Основные способы — это изменение объёма, занимаемого системой, или изменение её температуры.

Обоснуйте ответ с точки зрения молекулярно-кинетической теории.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории (МКТ), равновесие между жидкостью и её паром является динамическим. Это состояние, при котором скорость процесса испарения (число молекул $N_{исп}$, покидающих поверхность жидкости в единицу времени) равна скорости процесса конденсации (числу молекул $N_{конд}$, возвращающихся из пара в жидкость в единицу времени). В состоянии равновесия выполняется равенство: $N_{исп} = N_{конд}$.

Любое внешнее воздействие, которое изменяет соотношение между скоростями $N_{исп}$ и $N_{конд}$, нарушает это равновесие.

1. Изменение объёма при постоянной температуре ($T=const$):

При уменьшении объёма плотность (концентрация) молекул пара над жидкостью увеличивается. Это приводит к тому, что большее число молекул пара сталкивается с поверхностью жидкости и конденсируется. Скорость конденсации $N_{конд}$ возрастает и становится больше скорости испарения $N_{исп}$ (которая при $T=const$ не меняется). Равновесие нарушено ($N_{конд} > N_{исп}$), и преобладает процесс конденсации.

При увеличении объёма плотность молекул пара уменьшается. Это снижает частоту их столкновений с поверхностью жидкости. Скорость конденсации $N_{конд}$ падает и становится меньше скорости испарения $N_{исп}$. Равновесие нарушено ($N_{исп} > N_{конд}$), и преобладает процесс испарения.

2. Изменение температуры при постоянном объёме ($V=const$):

При нагревании (увеличении температуры) средняя кинетическая энергия молекул жидкости растёт. В результате значительно увеличивается число «быстрых» молекул, способных преодолеть силы притяжения и покинуть жидкость. Скорость испарения $N_{исп}$ резко возрастает. Скорость конденсации $N_{конд}$ тоже немного растёт (молекулы пара движутся быстрее), но рост $N_{исп}$ намного существеннее. Равновесие нарушается ($N_{исп} > N_{конд}$), и преобладает процесс испарения.

При охлаждении (уменьшении температуры) средняя кинетическая энергия молекул жидкости падает. Число молекул, способных испариться, уменьшается, и скорость испарения $N_{исп}$ снижается. В результате скорость конденсации становится больше скорости испарения. Равновесие нарушается ($N_{конд} > N_{исп}$), и преобладает процесс конденсации.

Таким образом, изменяя объём или температуру, мы напрямую влияем на скорости испарения и конденсации, выводя систему из состояния равновесия.

Ответ: Да, равновесие между жидкостью и её насыщенным паром можно нарушить путём изменения объёма или температуры системы. Согласно МКТ, это происходит потому, что такие изменения нарушают равенство скоростей процессов испарения и конденсации.