Номер 6, страница 153 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

6. При каких условиях происходит конденсация пара?

5. Что такое кипение?

Кипение — это интенсивный процесс парообразования, который происходит не только со свободной поверхности жидкости, как испарение, но и по всему её объёму. Визуально это проявляется в виде образования и роста пузырьков пара внутри жидкости.

Кипение начинается при определённой температуре, называемой температурой кипения. Эта температура зависит от внешнего давления. Основное условие для начала кипения заключается в том, что давление насыщенного пара внутри образующихся пузырьков должно стать равным или немного превышать внешнее давление на поверхность жидкости (которое обычно складывается из атмосферного и гидростатического давления столба жидкости).

При нагревании жидкости в ней образуются мельчайшие пузырьки, содержащие насыщенный пар. Пока температура ниже точки кипения, давление пара внутри пузырьков меньше внешнего давления, и они схлопываются. Когда температура достигает точки кипения, давление пара становится достаточным, чтобы противостоять внешнему давлению. Пузырьки начинают расти, подниматься к поверхности и лопаться, высвобождая пар в окружающее пространство. Для процесса кипения необходимо непрерывное подведение теплоты, так как парообразование — это энергозатратный процесс.

Ответ: Кипение — это процесс интенсивного парообразования, происходящий во всём объёме жидкости при достижении определённой температуры (температуры кипения), когда давление насыщенного пара в пузырьках внутри жидкости становится равным внешнему давлению.

6. При каких условиях происходит конденсация пара?

Конденсация — это физический процесс перехода вещества из газообразного состояния (пара) в жидкое. Этот процесс является обратным испарению и кипению. Для того чтобы произошла конденсация пара, необходимо выполнение одного из следующих условий или их комбинации:

1. Охлаждение пара. Если пар охлаждать при постоянном давлении, его температура будет понижаться. При достижении определённой температуры, называемой точкой росы, пар становится насыщенным. Дальнейшее охлаждение приводит к тому, что избыточный пар начинает превращаться в жидкость. Точка росы зависит от исходной влажности и давления газа.

2. Сжатие пара. Если пар сжимать при постоянной температуре, его давление будет расти. Когда давление пара достигнет значения давления насыщенного пара для данной температуры, начнётся процесс конденсации. При дальнейшем уменьшении объёма давление остаётся постоянным (равным давлению насыщенного пара), а всё большее количество пара переходит в жидкое состояние.

Для начала процесса конденсации в реальных условиях также часто необходимо наличие так называемых центров конденсации. Это могут быть мельчайшие частицы пыли, ионы или микроскопические капельки жидкости, на поверхности которых молекулам пара легче объединяться в капли.

Ответ: Конденсация пара происходит либо при его охлаждении до температуры ниже точки росы, либо при увеличении его давления до давления насыщенного пара при данной температуре.

7. Чем отличаются изотермы пара от изотерм идеального газа?

Изотерма — это линия на диаграмме состояния (обычно в координатах давление-объём, $P-V$), которая показывает, как изменяется давление газа при изменении его объёма при постоянной температуре ($T = \text{const}$).

Изотерма идеального газа описывается законом Бойля-Мариотта $PV = \text{const}$. Графически это всегда гладкая кривая — гипербола. При изотермическом сжатии идеального газа его давление неограниченно возрастает, и никакого перехода в другое агрегатное состояние не происходит, так как в модели идеального газа пренебрегают взаимодействием между молекулами.

Изотерма реального газа (пара) имеет более сложный вид и её форма зависит от температуры:

1. При температурах выше критической ($T > T_к$) изотерма реального газа похожа на изотерму идеального, но не является точной гиперболой из-за межмолекулярного взаимодействия. Газ при таких температурах нельзя сконденсировать в жидкость, как бы сильно ни увеличивали давление.

2. При температурах ниже критической ($T < T_к$) изотерма состоит из трёх участков:
- Участок ненасыщенного пара: При больших объёмах и низких давлениях газ ведёт себя почти как идеальный. При сжатии давление растёт.
- Горизонтальный участок (плато): При достижении давления насыщенного пара начинается процесс конденсации. Дальнейшее уменьшение объёма происходит при постоянном давлении. На этом участке сосуществуют две фазы — жидкость и её насыщенный пар. По мере сжатия количество пара уменьшается, а количество жидкости растёт.
- Участок жидкости: Когда весь пар сконденсировался, в сосуде остаётся только жидкость. Так как жидкости очень малосжимаемы, для дальнейшего, даже незначительного, уменьшения объёма требуется очень большое увеличение давления. Этот участок изотермы представляет собой очень крутую, почти вертикальную линию.

Таким образом, основное отличие заключается в наличии у изотермы реального газа (ниже критической температуры) горизонтального участка, который соответствует процессу фазового перехода (конденсации) и которого нет у идеального газа.

Ответ: Изотерма идеального газа — это всегда гладкая гипербола, описывающая только газообразное состояние. Изотерма реального газа (пара) при температуре ниже критической имеет характерный горизонтальный участок (плато), соответствующий процессу конденсации, где давление не меняется при уменьшении объёма, и вещество существует одновременно в виде жидкости и пара.