Номер 1, страница 228 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 6. Взаимные превращения жидкостей и газов. Параграф 6.7. Сжижение газов - номер 1, страница 228.

Условие.

? Каким образом доказать, что состояние вещества зависит от его температуры и давления? Ответ представьте в виде схемы.

Решение.

Доказать, что состояние вещества зависит от его температуры и давления, можно, рассмотрев, как изменение этих параметров приводит к фазовым переходам (изменению агрегатного состояния). В основе этого лежит баланс между кинетической энергией движения частиц вещества, которая определяется температурой, и потенциальной энергией их взаимодействия, которая зависит от расстояния между частицами, на которое влияет давление. Эту зависимость можно представить в виде схемы, основанной на экспериментальных наблюдениях.

Схема доказательства зависимости состояния вещества от температуры и давления

Во-первых, можно продемонстрировать зависимость состояния от температуры, зафиксировав давление ($P = const$). На примере воды мы наблюдаем следующую последовательность переходов при нагревании:

ТВЁРДОЕ (лёд) → нагревание ($\text{T}$ ↑), плавление → ЖИДКОЕ (вода) → нагревание ($\text{T}$ ↑), кипение → ГАЗООБРАЗНОЕ (пар)

Обратные процессы (конденсация и замерзание) происходят при охлаждении. Это доказывает, что состояние вещества зависит от температуры.

Во-вторых, можно доказать зависимость от давления, зафиксировав температуру ($T = const$). Например, газ бутан при комнатной температуре можно перевести в жидкое состояние, только увеличив давление. Этот принцип используется в газовых зажигалках:

ГАЗООБРАЗНОЕ → увеличение давления ($\text{P}$ ↑), сжижение → ЖИДКОЕ

Другой яркий пример — кипение воды. При нормальном атмосферном давлении вода кипит при 100°C. Если давление понизить (например, в горах или в вакуумной колбе), температура кипения также понизится. Это показывает, что для фазового перехода важна не только температура, но и давление.

Таким образом, поскольку изменение каждого из этих параметров — температуры и давления — может привести к изменению агрегатного состояния, мы доказываем, что состояние вещества зависит от них обоих. Обобщенная схема этой зависимости выглядит так:

Состояние вещества (твёрдое, жидкое, газообразное)
⇕ (Фазовые переходы)
Зависит от совокупности параметров: {Температура ($\text{T}$), Давление ($\text{P}$)}
↙ ↘
Определяет кинетическую энергию частиц Влияет на расстояние между частицами и силу их взаимодействия

Ответ: Чтобы доказать, что состояние вещества зависит от его температуры и давления, необходимо продемонстрировать, что фазовые переходы (например, плавление, кипение) происходят при изменении как температуры (при постоянном давлении), так и давления (при постоянной температуре). Примером может служить кипение воды, температура которого зависит от атмосферного давления, или сжижение газа путем его сжатия при постоянной температуре. Схематически это можно представить как зависимость состояния вещества от двух независимых параметров — $\text{T}$ и $\text{P}$.