Номер 5, страница 239 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

5. Закупоренную бутылку, которая наполовину заполнена квасом, из тёплой комнаты переносят на холодный балкон. Через некоторое время устанавливается тепловое равновесие. Какое из приведённых ниже утверждений верное?

В начальном состоянии водяной пар в бутылке являлся

1) насыщенным паром, в конечном состоянии — ненасыщенным

2) ненасыщенным паром, в конечном состоянии — насыщенным

3) насыщенным паром, в конечном состоянии — тоже насыщенным

4) ненасыщенным паром, в конечном состоянии — тоже ненасыщенным

Решение

Рассмотрим состояние системы в два момента времени: в начальном (в тёплой комнате) и в конечном (на холодном балконе).

Водяной пар в замкнутом пространстве над поверхностью жидкости (в данном случае, кваса, который в основном состоит из воды) называется насыщенным, если процессы испарения и конденсации находятся в состоянии динамического равновесия. Это означает, что сколько молекул воды покидает поверхность жидкости в единицу времени, столько же молекул возвращается в неё из пара. Такое равновесие устанавливается в закрытом сосуде через некоторое время.

1. Начальное состояние.

Бутылка с квасом долгое время находилась в тёплой комнате. Этого времени достаточно для установления динамического равновесия между жидкостью и паром над ней. Следовательно, в начальном состоянии водяной пар в бутылке является насыщенным при температуре комнаты.

2. Конечное состояние.

Бутылку переносят на холодный балкон. Температура системы (квас и пар) начинает понижаться. Плотность и давление насыщенного пара сильно зависят от температуры: с понижением температуры они уменьшаются.

Пар, который был насыщенным при высокой температуре, при охлаждении становится перенасыщенным. Это нестабильное состояние, и избыток пара начинает конденсироваться, превращаясь в жидкость (на стенках бутылки образуется роса). Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока плотность пара не достигнет нового значения, соответствующего насыщенному пару при более низкой температуре балкона. Поскольку в бутылке по-прежнему есть жидкость, снова установится динамическое равновесие между испарением и конденсацией. Таким образом, в конечном состоянии пар также будет насыщенным, но при более низкой температуре и с меньшей плотностью.

Следовательно, верным является утверждение, что водяной пар в бутылке был насыщенным в начальном состоянии и остался насыщенным в конечном.

Это соответствует варианту ответа 3.

Ответ: 3