Номер 4, страница 153 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

4. При каких условиях происходит испарение жидкости?

1. Что называется испарением?
Испарение — это процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в газообразное (пар), который происходит с его свободной поверхности. Молекулы в жидкости находятся в непрерывном хаотическом движении и обладают разной кинетической энергией. Те молекулы, которые находятся у поверхности и чья кинетическая энергия оказывается достаточной, чтобы преодолеть силы межмолекулярного притяжения, вылетают из жидкости. Этот процесс и есть испарение. Поскольку всегда есть некоторое количество молекул с достаточной энергией, испарение происходит при любой температуре, при которой вещество существует в жидкой фазе.

Ответ: Испарение — это парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости при любой температуре.

2. Почему испарение жидкости сопровождается её охлаждением?
Испарение жидкости сопровождается её охлаждением, потому что в процессе испарения жидкость покидают самые быстрые молекулы, то есть молекулы с наибольшей кинетической энергией. В результате средняя кинетическая энергия оставшихся в жидкости молекул уменьшается. Так как температура тела является мерой средней кинетической энергии его частиц, уменьшение этой энергии приводит к понижению температуры жидкости. Энергия, необходимая для отрыва молекул от поверхности (скрытая теплота парообразования), забирается у самой жидкости, что и вызывает её охлаждение.

Ответ: При испарении жидкость покидают наиболее быстрые молекулы, из-за чего средняя кинетическая энергия оставшихся молекул (и, следовательно, температура жидкости) уменьшается.

3. Что такое насыщенный пар?
Насыщенный пар — это пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью. В замкнутом сосуде с жидкостью происходит два одновременных процесса: испарение (переход молекул из жидкости в пар) и конденсация (возвращение молекул из пара обратно в жидкость). Когда скорость испарения становится равной скорости конденсации, наступает динамическое равновесие. Пар, находящийся в таком состоянии, называется насыщенным. При данной температуре насыщенный пар имеет максимально возможную плотность и оказывает максимально возможное давление (давление насыщенного пара). Если при той же температуре попытаться увеличить плотность пара (например, сжатием), часть пара сконденсируется.

Ответ: Насыщенный пар — это пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, когда скорость испарения равна скорости конденсации.

4. При каких условиях происходит испарение жидкости?
Испарение жидкости происходит при наличии у нее свободной поверхности и при любой температуре, превышающей температуру замерзания. Это фундаментальное условие. Однако скорость испарения зависит от нескольких факторов:
1. Температура жидкости: чем выше температура, тем больше молекул обладают достаточной энергией для отрыва и тем интенсивнее испарение.
2. Площадь свободной поверхности: чем больше площадь поверхности, тем большее число молекул одновременно может покинуть жидкость, и тем выше скорость испарения.
3. Движение воздуха над поверхностью (ветер): ветер уносит молекулы пара от поверхности, уменьшая их концентрацию и препятствуя процессу конденсации, что увеличивает суммарную скорость испарения.
4. Род жидкости: летучие жидкости (спирт, эфир) с малым межмолекулярным взаимодействием испаряются быстрее, чем, например, вода или масло.

Ответ: Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре. Его скорость зависит от температуры, площади поверхности, движения воздуха и рода жидкости.

5. Что такое кипение?
Кипение — это интенсивный процесс парообразования, который происходит не только со свободной поверхности жидкости, но и по всему её объёму. В отличие от испарения, кипение является объёмным явлением. Оно характеризуется образованием и ростом пузырьков пара внутри жидкости. Эти пузырьки, содержащие насыщенный пар, формируются на стенках и дне сосуда (в центрах парообразования), затем поднимаются на поверхность и лопаются, высвобождая пар. Кипение происходит при определённой для каждого вещества температуре (температуре кипения), которая зависит от внешнего давления.

Ответ: Кипение — это интенсивный процесс парообразования, происходящий во всем объеме жидкости при достижении определенной температуры, называемой температурой кипения.

6. При каких условиях происходит кипение?
Кипение жидкости происходит при выполнении двух основных условий:
1. Жидкость должна быть нагрета до определённой температуры — температуры кипения.
2. Давление насыщенного пара внутри образующихся в жидкости пузырьков должно стать равным или немного превышать внешнее давление (атмосферное давление плюс гидростатическое давление столба жидкости). Математически это условие можно записать как $P_{нас. пара} \geq P_{внешн.}$.
Именно поэтому на большой высоте, где атмосферное давление ниже, вода закипает при температуре меньше 100°C. Для поддержания процесса кипения необходим постоянный подвод теплоты, так как на парообразование затрачивается значительное количество энергии (скрытая теплота парообразования).

Ответ: Кипение происходит при достижении температуры кипения, когда давление насыщенного пара внутри жидкости становится равным внешнему давлению, и при условии непрерывного подвода тепла.