Номер 3, страница 221 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 6. Взаимные превращения жидкостей и газов. Параграф 6.5. Кипение - номер 3, страница 221.

Условие.

3. Почему понятие «давление насыщенного пара» является ключевым при исследовании процесса кипения жидкости?

Решение.

Решение

Понятие «давление насыщенного пара» является ключевым при исследовании процесса кипения, потому что оно напрямую определяет условие, при котором начинается кипение жидкости.

Кипение — это процесс интенсивного парообразования, который происходит не только со свободной поверхности жидкости, но и по всему её объёму. Этот процесс характеризуется образованием и ростом пузырьков пара внутри жидкости. Для того чтобы такой пузырёк мог существовать и расти, давление пара внутри него должно быть не меньше, чем внешнее давление, которое стремится его сжать.

Внешнее давление на пузырёк $p_{внешн}$ складывается из давления газа над поверхностью жидкости (как правило, атмосферного давления $p_{атм}$) и давления столба жидкости над ним (гидростатического давления $\rho gh$): $p_{внешн} = p_{атм} + \rho gh$. Часто гидростатическое давление пренебрежимо мало по сравнению с атмосферным, и тогда можно считать, что внешнее давление равно атмосферному.

Пар внутри пузырька находится в состоянии динамического равновесия с окружающей его жидкостью той же температуры, то есть является насыщенным. Давление насыщенного пара $p_{н.п.}$ не зависит от объёма, а является функцией только температуры. С повышением температуры давление насыщенного пара растёт.

Таким образом, условие для роста пузырька и, следовательно, для начала кипения, можно записать как:

$p_{н.п.} \ge p_{внешн}$

Жидкость закипает при той температуре, которую называют температурой кипения, когда давление её насыщенного пара становится равным внешнему давлению. Из этого следует, что температура кипения зависит от внешнего давления. Например, высоко в горах, где атмосферное давление ниже, вода закипает при температуре меньше 100 °C, а в скороварке, где давление искусственно повышается, вода кипит при температуре выше 100 °C.

Именно поэтому понятие давления насыщенного пара является фундаментальным для описания и понимания процесса кипения. Оно связывает внутреннее свойство жидкости (зависимость $p_{н.п.}$ от температуры) с внешними условиями (давлением) и позволяет определить точный момент начала фазового перехода — кипения.

Ответ: Понятие «давление насыщенного пара» является ключевым при исследовании кипения, так как жидкость начинает кипеть именно при той температуре, когда давление её насыщенного пара становится равным внешнему давлению. Это условие, $p_{н.п.} = p_{внешн}$, определяет температуру кипения и объясняет её зависимость от внешних условий.