Номер 8, страница 259 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 10. Агрегатные состояния вещества. Фазовые переходы. Параграф 46. Взаимные превращения жидкостей и газов. Вопросы - номер 8, страница 259.

Условие.

8. Зависит ли температура кипения от внешнего давления?

Решение.

Да, температура кипения жидкости напрямую зависит от внешнего давления. Эта зависимость является прямой: чем выше внешнее давление, тем выше температура кипения, и наоборот, чем ниже давление, тем ниже температура кипения.

Чтобы понять причину этой зависимости, нужно рассмотреть сам процесс кипения. Кипение — это интенсивное парообразование, которое происходит по всему объему жидкости, а не только с её поверхности. Характерным признаком кипения является образование и рост пузырьков пара внутри жидкости.

Пузырек пара может образоваться и расти только в том случае, если давление насыщенного пара внутри него ($p_{н.п.}$) будет не меньше, чем давление в окружающей его жидкости. Давление в жидкости складывается из внешнего давления на её поверхность (как правило, атмосферного) и гидростатического давления столба жидкости. Для простоты можно считать, что для начала кипения давление насыщенного пара должно сравняться с внешним давлением ($p_{внеш}$):

$$p_{н.п.} \ge p_{внеш}$$

Давление насыщенного пара, в свою очередь, не является постоянной величиной. Оно очень сильно зависит от температуры: с ростом температуры давление насыщенного пара экспоненциально возрастает. Следовательно, для каждой жидкости существует определённая температура, при которой давление её насыщенного пара становится равным конкретному внешнему давлению. Эта температура и есть температура кипения.

Таким образом, если мы увеличиваем внешнее давление (например, в скороварке), жидкости потребуется нагреться до более высокой температуры, чтобы давление её насыщенного пара смогло преодолеть внешнее давление. Следовательно, температура кипения повышается. И наоборот, если мы уменьшаем внешнее давление (например, высоко в горах, где атмосферное давление ниже), то давление насыщенного пара достигнет значения внешнего давления уже при более низкой температуре, и температура кипения понизится. Именно поэтому в горах вода закипает при температуре ниже 100°С, и варить продукты приходится дольше.

Ответ: Да, температура кипения зависит от внешнего давления. С увеличением внешнего давления температура кипения возрастает, а с уменьшением — понижается.