Номер 2, страница 305 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Молекулярная физика. 11. Жидкость и пар. Параграф 64. Кипение жидкости - номер 2, страница 305.

Условие.

2. При каком условии пузырьки в жидкости начинают увеличиваться в объёме? Почему их объём увеличивается при подъёме в жидкости?

Решение.

При каком условии пузырьки в жидкости начинают увеличиваться в объёме?

Пузырьки в жидкости, которые содержат насыщенный пар этой жидкости и растворенные в ней газы, начинают увеличиваться в объёме, когда давление внутри них ($p_{внутр}$) становится равным или превышает давление окружающей жидкости ($p_{внешн}$). Этот процесс лежит в основе кипения. Давление в жидкости на определённой глубине складывается из давления на её свободной поверхности (как правило, это атмосферное давление $p_{атм}$) и гидростатического давления столба жидкости над пузырьком ($p_{гидр} = \rho g h$, где $\rho$ — плотность жидкости, $g$ — ускорение свободного падения, $h$ — глубина). Давление насыщенного пара внутри пузырька напрямую зависит от температуры: с ростом температуры оно увеличивается. Таким образом, условием для роста пузырька является $p_{внутр} \ge p_{внешн}$ или, более подробно, $p_{н.п.} \ge p_{атм} + \rho g h$. Когда жидкость нагревается до температуры кипения, давление её насыщенного пара становится достаточным, чтобы преодолеть внешнее давление, что приводит к активному росту пузырьков по всему объёму.

Ответ: Пузырьки в жидкости начинают увеличиваться в объёме, когда давление насыщенного пара внутри них становится равным или превышает суммарное внешнее давление, состоящее из давления на поверхности жидкости и гидростатического давления на глубине нахождения пузырька.

Почему их объём увеличивается при подъёме в жидкости?

Когда пузырёк поднимается к поверхности жидкости, глубина его погружения $h$ уменьшается. Гидростатическое давление, которое оказывает на пузырёк столб жидкости, прямо пропорционально этой глубине и рассчитывается по формуле $p_{гидр} = \rho g h$. Следовательно, по мере подъёма пузырька гидростатическое давление на него уменьшается. Это приводит к уменьшению общего внешнего давления ($p_{внешн} = p_{атм} + p_{гидр}$). Если считать температуру внутри пузырька примерно постоянной, то согласно закону Бойля-Мариотта ($p V = \text{const}$), уменьшение внешнего давления $p$ должно компенсироваться увеличением объёма газа $V$. В результате пузырёк расширяется.

Ответ: При подъёме пузырька уменьшается глубина, что ведёт к снижению гидростатического давления жидкости на него. Из-за уменьшения общего внешнего давления объём пузырька, в соответствии с газовыми законами, увеличивается.