Номер 20, страница 273 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 7. Поверхностное натяжение в жидкостях. Параграф 7.8. Примеры решения задач. Упражнение 6 - номер 20, страница 273.

Условие.

20. Великому датскому физику Н. Бору довелось однажды мыть посуду в горной альпийской хижине. Он был крайне удивлён, увидев, что можно получить чистую посуду с помощью небольшого количества грязной воды и грязной тряпки. В чём здесь дело?

Решение.

Это явление, которое удивило Нильса Бора, объясняется фундаментальным физическим процессом — диффузией, которая является следствием второго закона термодинамики о стремлении систем к состоянию с максимальной энтропией (наибольшим беспорядком). В данном случае это означает стремление частиц грязи к наиболее равномерному распределению в доступном объёме.

Изначально грязь (остатки пищи, жир) была сконцентрирована на небольшой площади — поверхности посуды. Концентрация загрязняющих веществ здесь была очень высокой. В то же время, в «грязной» воде и на «грязной» тряпке частицы грязи тоже присутствовали, но их концентрация была значительно ниже. Когда посуду начали мыть, создалась единая система «посуда-вода-тряпка». Возник так называемый градиент концентрации, то есть резкий перепад количества частиц грязи между поверхностью посуды и окружающей средой (водой и тряпкой).

Вследствие хаотичного теплового движения молекул, частицы грязи начали самопроизвольно перемещаться из области с высокой концентрацией (посуда) в области с низкой концентрацией (вода и тряпка). Этот процесс продолжался до тех пор, пока концентрация грязи во всей системе не стала практически одинаковой, то есть пока система не пришла в состояние термодинамического равновесия. Общее количество грязи при этом не изменилось, но она перераспределилась по гораздо большему объёму и поверхности.

В итоге, на поверхности посуды остался лишь очень тонкий, равномерный слой загрязнения. Его концентрация $C_{конечная}$ стала во много раз меньше начальной концентрации $C_{начальная}$. Для человеческого глаза такой незначительный и равномерно распределённый слой грязи невидим, и посуда воспринимается как чистая. Таким образом, удалось «обменять» большое количество локализованной, видимой грязи на малое количество распределённой, невидимой грязи.

Ответ: Причина в явлении диффузии. Частицы грязи самопроизвольно перемещаются с поверхности посуды, где их концентрация очень высока, в воду и на тряпку, где их концентрация значительно ниже. В результате этого перераспределения концентрация грязи на посуде падает до уровня, при котором посуда выглядит чистой, так как оставшийся тонкий слой загрязнения становится незаметным.