Номер 3, страница 297 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Молекулярная физика. 11. Жидкость и пар. Параграф 61. Фазовый переход пар—жидкость - номер 3, страница 297.

Условие.

3. Опишите последовательно процесс сжижения пара при его изотермическом сжатии.

Решение.

3. Процесс сжижения пара при его изотермическом сжатии (процесс, происходящий при постоянной температуре $T = \text{const}$) можно последовательно описать через несколько стадий.

1. Сжатие ненасыщенного пара. В начальном состоянии, при большом объеме, пар является ненасыщенным. При уменьшении объема его давление увеличивается (для идеального газа этот процесс описывается законом Бойля-Мариотта $p \cdot V = \text{const}$). На этом этапе все вещество находится в газообразном состоянии.

2. Достижение точки насыщения. По мере сжатия давление пара растет и в определенный момент достигает значения давления насыщенного пара $p_н$ для данной температуры. С этого момента пар становится насыщенным, и начинается процесс конденсации.

3. Конденсация. При дальнейшем уменьшении объема давление и температура системы остаются неизменными и равными давлению и температуре насыщения ($p = p_н$, $T = \text{const}$). Пар начинает конденсироваться, то есть переходить в жидкое состояние. В системе одновременно существуют две фазы: жидкость и находящийся с ней в равновесии насыщенный пар. Уменьшение объема приводит к увеличению массы жидкости и, соответственно, уменьшению массы пара. Чтобы температура оставалась постоянной, необходимо отводить от системы выделяющуюся при конденсации теплоту (удельную теплоту парообразования).

4. Завершение конденсации. Процесс продолжается до тех пор, пока весь пар не превратится в жидкость. В этот момент в сосуде находится только вещество в жидком состоянии.

5. Сжатие жидкости. Если продолжать уменьшать объем после полного сжижения, то это будет приводить к сжатию жидкости. Так как жидкости обладают очень низкой сжимаемостью, даже незначительное уменьшение объема вызывает очень резкий рост давления.

Ответ: При изотермическом сжатии сначала давление ненасыщенного пара растет до тех пор, пока пар не станет насыщенным. Затем, при дальнейшем сжатии, начинается процесс конденсации, который происходит при постоянном давлении (равном давлению насыщенного пара) и постоянной температуре. После того как весь пар сконденсируется в жидкость, дальнейшее сжатие приводит к резкому увеличению давления.