Номер 7, страница 153 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

7. Чем отличаются изотермы пара от изотерм идеального газа?

7. Изотерма идеального газа — это график зависимости давления $\text{p}$ от объёма $\text{V}$ при постоянной температуре $\text{T}$. Она описывается законом Бойля — Мариотта: $pV = \text{const}$. Графически это гипербола: с увеличением объёма давление обратно пропорционально уменьшается, и наоборот. Этот процесс справедлив для любых давлений и объёмов, и в модели идеального газа вещество всегда остаётся в газообразном состоянии.

Изотерма реального газа (пара), в отличие от идеального, имеет более сложный вид, особенно при температурах ниже критической. Она состоит из трёх характерных участков:

1. Участок газообразного состояния (ненасыщенный пар). При сжатии газа его давление растёт. Этот участок похож на гиперболу, но может несколько отличаться от неё из-за межмолекулярного взаимодействия, которое не учитывается в модели идеального газа.

2. Участок фазового перехода (конденсация). При достижении определённого давления, называемого давлением насыщенного пара $p_н$ (для данной температуры), пар становится насыщенным. При дальнейшем уменьшении объёма давление пара перестаёт расти и остаётся постоянным ($p = p_н = \text{const}$). На этом участке происходит процесс конденсации — превращения пара в жидкость. В системе одновременно существуют две фазы: жидкость и насыщенный пар. На графике $p(V)$ этот участок представляет собой горизонтальную прямую, которую называют плато.

3. Участок жидкого состояния. После того как весь пар сконденсировался в жидкость, дальнейшее уменьшение объёма становится очень затруднительным, так как жидкости малосжимаемы. Поэтому для незначительного уменьшения объёма требуется очень большое увеличение давления. На графике этот участок выглядит как очень круто идущая вверх линия.

Таким образом, ключевое отличие изотермы реального пара от изотермы идеального газа заключается в наличии у реального газа (при температуре ниже критической) горизонтального участка (плато). Этот участок соответствует процессу конденсации, во время которого давление остаётся постоянным при изменении объёма. Идеальный газ не может конденсироваться, и его изотерма всегда является гладкой гиперболой.

Ответ: Изотерма реального пара, в отличие от гиперболической изотермы идеального газа, при температурах ниже критической имеет горизонтальный участок (плато), который соответствует процессу конденсации пара в жидкость при постоянном давлении.

8. Температура кипения жидкости — это температура, при которой происходит интенсивное парообразование не только со свободной поверхности, но и по всему объёму жидкости. Кипение начинается, когда давление насыщенного пара в пузырьках, образующихся в жидкости, становится равным внешнему давлению. Таким образом, температура кипения зависит от нескольких факторов:

1. От внешнего давления. Это основная зависимость. Чем выше внешнее давление на поверхность жидкости, тем выше должна быть температура, чтобы давление насыщенного пара сравнялось с внешним. Следовательно, с увеличением внешнего давления температура кипения повышается, а с уменьшением — понижается. Например, в горах, где атмосферное давление ниже, вода закипает при температуре ниже 100°C. В скороварке, наоборот, за счёт повышенного давления вода кипит при температуре выше 100°C, что ускоряет приготовление пищи.

2. От рода (природы) жидкости. Разные жидкости при одинаковом внешнем давлении кипят при разных температурах. Это связано с силами межмолекулярного взаимодействия. Чем сильнее эти силы, тем больше энергии (и, следовательно, выше температура) требуется для их преодоления и перехода молекул в газовую фазу. Например, при нормальном атмосферном давлении спирт кипит при 78°C, вода — при 100°C, а ртуть — при 357°C.

3. От наличия растворённых примесей. Растворение в жидкости нелетучего вещества (например, соли или сахара в воде) приводит к повышению её температуры кипения. Примеси затрудняют переход молекул растворителя в пар, понижая давление его насыщенного пара при данной температуре. Поэтому для достижения кипения (т.е. для того, чтобы давление насыщенного пара сравнялось с внешним) требуется более высокая температура.

Ответ: Температура кипения жидкости зависит от внешнего давления, рода самой жидкости (сил межмолекулярного взаимодействия) и наличия в ней растворенных примесей.

9. Относительная влажность воздуха — это физическая величина, показывающая степень насыщенности воздуха водяным паром. Она определяется как отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе в данный момент, к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре, и выражается обычно в процентах.

Формула для расчёта относительной влажности $\phi$:

$ \phi = \frac{p}{p_0} \times 100\% $

где:
* $\text{p}$ — парциальное давление водяного пара в воздухе (т.е. давление, которое имел бы водяной пар, если бы он один занимал весь объём, занимаемый воздухом);
* $p_0$ — давление насыщенного водяного пара при данной температуре. Давление насыщенного пара — это максимальное возможное давление пара при определённой температуре; оно сильно зависит от температуры (растёт с её увеличением).

Относительную влажность также можно определить через плотность водяного пара:

$ \phi = \frac{\rho}{\rho_0} \times 100\% $

где $\rho$ — абсолютная влажность (фактическая плотность водяного пара в воздухе), а $\rho_0$ — плотность насыщенного водяного пара при той же температуре.

Если относительная влажность составляет 100%, это означает, что воздух полностью насыщен водяным паром и не может вместить его больше при данной температуре. Любое дальнейшее понижение температуры или добавление пара приведёт к его конденсации (выпадению росы, образованию тумана).

Ответ: Относительная влажность — это отношение парциального давления водяного пара в воздухе к давлению насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах. Она характеризует степень насыщенности воздуха водяным паром.