Номер 5, страница 441 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Задания к главе 7 «Основы молекулярно-кинетической теории и термодинамики». Задания по проектной и исследовательской деятельности. Глава 10. Электростатика. Электродинамика - номер 5, страница 441.

Условие.

5. Выполните дома эксперимент. Ополосните пластиковую бутылку горячей водой, плотно заверните пробку и положите бутылку в холодильник. Что происходит со стенками бутылки? Объясните наблюдаемое явление с использованием ваших знаний о газовых законах.

Решение.

Что происходит со стенками бутылки?

При помещении в холодильник стенки пластиковой бутылки втягиваются внутрь, и она деформируется (сплющивается).

Объясните наблюдаемое явление с использованием ваших знаний о газовых законах.

Наблюдаемое явление объясняется изменением давления газа внутри бутылки при ее охлаждении и описывается следующим образом:

1. Изначально, после ополаскивания горячей водой, бутылка заполняется смесью горячего воздуха и водяного пара. Когда бутылку герметично закрывают, давление $P_1$ внутри нее примерно равно внешнему атмосферному давлению.

2. В холодильнике температура $T$ газовой смеси внутри бутылки резко падает. Согласно закону Шарля, для газа в замкнутом объеме давление прямо пропорционально его абсолютной температуре:

$ \frac{P}{T} = \text{const} $

Следовательно, при понижении температуры давление воздуха внутри бутылки уменьшается.

3. Кроме того, при охлаждении водяной пар, находящийся в бутылке, конденсируется, превращаясь в капли жидкой воды. Этот переход вещества из газообразного состояния в жидкое приводит к резкому снижению парциального давления пара, что еще больше уменьшает общее давление внутри бутылки.

4. В результате общее давление $P_2$ внутри охлажденной бутылки становится значительно ниже внешнего атмосферного давления $P_{атм}$. Эта разность давлений ($P_{атм} > P_2$) создает силу, направленную снаружи внутрь, которая действует на стенки бутылки и сжимает их.

Ответ: Стенки бутылки сжимаются, и она деформируется. Это происходит потому, что при охлаждении давление газа (смеси воздуха и водяного пара) внутри герметично закрытой бутылки уменьшается и становится значительно ниже внешнего атмосферного давления. В результате внешнее атмосферное давление сжимает бутылку.