Номер 3, страница 299 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Молекулярная физика. 11. Жидкость и пар. Параграф 62. Испарение. Конденсация. Вопросы - номер 3, страница 299.

Условие.

3. Что такое удельная теплота парообразования? На что расходуется подводимое количество теплоты при парообразовании?

Решение.

Что такое удельная теплота парообразования?

Удельная теплота парообразования — это физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты необходимо, чтобы полностью превратить жидкость массой 1 кг в пар при постоянной температуре (температуре кипения). Она характеризует энергетические затраты на изменение агрегатного состояния вещества с жидкого на газообразное.

Удельная теплота парообразования обозначается буквой $L$. В Международной системе единиц (СИ) она измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг).

Количество теплоты $Q$, которое требуется для испарения жидкости массой $m$, взятой при температуре кипения, рассчитывается по формуле:

$Q = L \cdot m$

Из этой формулы можно выразить удельную теплоту парообразования:

$L = \frac{Q}{m}$

Ответ: Удельная теплота парообразования – это количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг жидкости в пар при температуре кипения. Обозначается $L$ и измеряется в Дж/кг.

На что расходуется подводимое количество теплоты при парообразовании?

Процесс парообразования (например, кипение) происходит при постоянной температуре. Это означает, что подводимая к веществу тепловая энергия не увеличивает среднюю кинетическую энергию его молекул (которая и определяет температуру тела). Вместо этого подводимое количество теплоты расходуется на два основных процесса:

1. Преодоление сил межмолекулярного притяжения. В жидком состоянии молекулы находятся близко друг к другу и связаны силами притяжения. Чтобы молекула покинула жидкость и стала частью пара, ей необходимо сообщить энергию, достаточную для разрыва этих связей. Эта энергия увеличивает потенциальную энергию взаимодействия молекул. Это основная часть затрачиваемой энергии.

2. Совершение работы против внешнего давления. При переходе из жидкого состояния в газообразное объем вещества значительно увеличивается. Образующийся пар расширяется и, вытесняя окружающую среду (например, воздух), совершает работу против сил внешнего давления (атмосферного или давления поршня в цилиндре). Эта работа $A$ определяется как $A = p \cdot \Delta V$, где $p$ — внешнее давление, а $\Delta V$ — изменение объема вещества при парообразовании.

Таким образом, согласно первому закону термодинамики, подводимая теплота $Q$ расходуется на увеличение внутренней энергии системы $\Delta U$ (за счет роста потенциальной энергии молекул) и на совершение работы $A$ против внешних сил: $Q = \Delta U + A$.

Ответ: Подводимое при парообразовании количество теплоты расходуется на разрыв связей между молекулами жидкости (увеличение их потенциальной энергии) и на совершение работы по расширению образующегося пара против внешнего давления.