Опыты, страница 195 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

Возьмите бутылку с газированной водой, поместите её в холодильник. Через некоторое время извлеките экспериментальный напиток и резко снимите с бутылки крышку. Внимательно наблюдайте, что при этом произойдёт в области горлышка бутылки.

При резком снятии крышки с охлажденной бутылки с газированной водой в области горлышка на короткое время появится облачко белого тумана или «дымка».

Это явление объясняется законами термодинамики. Вот что происходит поэтапно:

1. В закрытой бутылке с газированным напитком над жидкостью находится углекислый газ ($CO_2$) и водяной пар под высоким давлением (значительно выше атмосферного).

2. Когда мы резко открываем бутылку, давление в горлышке мгновенно падает до атмосферного. Газ, находившийся под высоким давлением, начинает стремительно расширяться.

3. Этот процесс расширения происходит очень быстро, поэтому газ не успевает обменяться теплотой с окружающей средой (с воздухом и стенками бутылки). Такой процесс называется адиабатным. При адиабатном расширении газ совершает работу против внешних сил (в данном случае, против атмосферного давления). Согласно первому началу термодинамики, работа совершается за счет внутренней энергии газа. Это можно выразить формулой $A = -\Delta U$, где $\text{A}$ — работа, совершаемая газом, а $\Delta U$ — изменение его внутренней энергии.

4. Поскольку газ совершает работу по расширению ($A > 0$), его внутренняя энергия уменьшается ($\Delta U < 0$). Уменьшение внутренней энергии газа приводит к его резкому и сильному охлаждению.

5. Газ в горлышке бутылки — это смесь углекислого газа и паров воды. Из-за резкого охлаждения температура этой смеси падает ниже точки росы. В результате водяной пар, содержащийся в газе, конденсируется, превращаясь в мельчайшие капельки воды или даже крошечные кристаллики льда.

6. Совокупность этих микроскопических капелек или кристалликов становится видимой и воспринимается нами как облачко белого тумана.

Ответ: В области горлышка бутылки появится кратковременное облачко белого тумана. Это явление — результат адиабатного расширения газа (смеси углекислого газа и водяного пара) при резком падении давления. Расширяясь, газ совершает работу, из-за чего его внутренняя энергия и температура резко падают. Это приводит к конденсации водяного пара, который становится видимым в виде тумана.