Номер 2, страница 212 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 6. Взаимные превращения жидкостей и газов. Параграф 6.3. Изотермы реального газа - номер 2, страница 212.

Условие.

2. При каких условиях концентрация молекул насыщенного пара не зависит от его объёма?

Решение.

Решение

Насыщенный пар — это пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью. В таком состоянии скорость процесса испарения (перехода молекул из жидкости в пар) равна скорости процесса конденсации (возвращения молекул из пара в жидкость).

Концентрация молекул насыщенного пара $\text{n}$, определяемая как отношение числа молекул $\text{N}$ к объему $\text{V}$ ($n = N/V$), является величиной, которая при равновесии зависит только от температуры вещества.

Соответственно, концентрация молекул насыщенного пара не будет зависеть от его объема при соблюдении двух ключевых условий. Первое и главное условие — это постоянство температуры ($T = \text{const}$). Именно температура определяет кинетическую энергию молекул и, как следствие, интенсивность испарения, а значит, и равновесную концентрацию пара. Второе необходимое условие — это наличие в системе жидкой фазы, с которой пар находится в равновесии.

Если эти условия соблюдаются, то при изменении объема система будет саморегулироваться для поддержания постоянной концентрации. При изотермическом увеличении объема пар на мгновение становится ненасыщенным, и для восстановления равновесия часть жидкости испаряется. В результате число молекул пара $\text{N}$ увеличивается пропорционально увеличению объема $\text{V}$, и концентрация $\text{n}$ остается неизменной. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока в системе есть жидкость.

Наоборот, при изотермическом уменьшении объема пар становится пересыщенным, и избыток пара конденсируется, превращаясь в жидкость. Число молекул пара $\text{N}$ уменьшается пропорционально уменьшению объема $\text{V}$, что снова сохраняет концентрацию $\text{n}$ постоянной.

Таким образом, пока температура постоянна и в сосуде есть жидкость, изменение объема приводит лишь к изменению массы пара, но не его концентрации. Если же вся жидкость испарится, пар станет ненасыщенным, и его концентрация начнет уменьшаться при дальнейшем увеличении объема, как у обычного газа.

Ответ: Концентрация молекул насыщенного пара не зависит от его объема при условии, что температура остается постоянной и пар находится в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью (то есть в замкнутом объеме присутствует и жидкая, и газообразная фаза вещества).