Номер 2, страница 339 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Вопросы. Параграф 61. Кипение. Глава 9. Агрегатные состояния вещества. Фазовые переходы. Молекулярная физика и термодинамика - номер 2, страница 339.

Условие.

2. Как соотносятся между собой количество теплоты, выделяющееся при конденсации 1 кг пара, и количество теплоты, затраченное на его же получение при испарении (при одинаковом внешнем давлении)? Объясните почему.

Решение.

Количество теплоты, выделяющееся при конденсации 1 кг пара, равно количеству теплоты, затраченному на его же получение при испарении, при условии, что оба процесса происходят при одинаковом внешнем давлении и одинаковой температуре фазового перехода.

Решение

Данное соотношение является прямым следствием закона сохранения энергии. Испарение и конденсация — это два взаимно обратных физических процесса.

1. Испарение — это процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Для того чтобы это произошло, жидкости необходимо сообщить энергию. Эта энергия, называемая теплотой парообразования, расходуется на преодоление сил межмолекулярного притяжения, удерживающих молекулы вместе в жидком состоянии, а также на совершение работы против внешнего давления, поскольку объем вещества при переходе в пар увеличивается. Количество теплоты, которое необходимо затратить для превращения жидкости массой $m$ в пар, определяется формулой:
$Q_{затр} = L \cdot m$
где $L$ — это удельная теплота парообразования, физическая величина, показывающая, какое количество теплоты требуется для превращения 1 кг жидкости в пар при постоянной температуре.

2. Конденсация — это обратный процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое. Когда молекулы пара сближаются и образуют жидкость, силы межмолекулярного притяжения совершают работу. При этом высвобождается энергия, которая была запасена в виде потенциальной энергии взаимодействия молекул в газе. Эта энергия выделяется в окружающую среду в виде теплоты. Количество теплоты, которое выделяется при конденсации пара массой $m$, описывается той же формулой:
$Q_{выд} = L \cdot m$

Поскольку один процесс является точным обращением другого, то согласно закону сохранения энергии, количество энергии, которое система поглощает при испарении, должно быть равно количеству энергии, которое она выделяет при конденсации.

Ответ: Количество теплоты, выделяющееся при конденсации 1 кг пара, равно количеству теплоты, затраченному на его получение при испарении, так как эти процессы взаимно обратны и подчиняются закону сохранения энергии.