Номер 2, страница 243 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 72. Давление насыщенного пара. Глава 11. Взаимные превращения жидкостей и газов - номер 2, страница 243.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Температура кипения жидкости напрямую зависит от внешнего давления. Эта зависимость объясняется механизмом самого процесса кипения.

Кипение — это процесс интенсивного парообразования, который происходит не только со свободной поверхности жидкости, но и по всему её объему. Внутри жидкости образуются и растут пузырьки, наполненные насыщенным паром. Для того чтобы эти пузырьки могли существовать и расти, давление насыщенного пара внутри них ($P_{нп}$) должно быть равно или немного превышать внешнее давление ($P_{внеш}$), которое действует на поверхность жидкости. Если давление пара внутри пузырька будет меньше внешнего давления, то внешнее давление просто раздавит (схлопнет) этот пузырёк.

Таким образом, условие для начала кипения жидкости выглядит так:

$P_{нп} \ge P_{внеш}$

Давление насыщенного пара не является постоянной величиной; оно очень сильно зависит от температуры. С повышением температуры жидкости средняя кинетическая энергия её молекул увеличивается. В результате все большее число молекул обладает энергией, достаточной для преодоления сил межмолекулярного притяжения в жидкости и перехода в газообразное состояние (в пар). Это приводит к увеличению плотности пара и, как следствие, к росту давления насыщенного пара.

Соединив эти два факта, получаем следующую логическую цепочку:

1. Чтобы жидкость закипела, давление её насыщенного пара должно сравняться с внешним давлением.
2. Если мы увеличиваем внешнее давление, то для начала кипения нам нужно достичь более высокого значения давления насыщенного пара.
3. Давление насыщенного пара можно увеличить, только повысив температуру жидкости.

Следовательно, при более высоком внешнем давлении жидкость закипит при более высокой температуре.

Этот принцип используется, например, в скороварках, где за счет герметично закрытой крышки создается повышенное давление. В результате вода кипит не при 100°C, а при более высокой температуре (около 120°C), что значительно ускоряет приготовление пищи. Обратная ситуация наблюдается в горах: из-за пониженного атмосферного давления вода там закипает при температуре ниже 100°C.

Ответ: Температура кипения возрастает с увеличением давления, потому что кипение начинается только тогда, когда давление насыщенного пара жидкости становится равным внешнему давлению. Поскольку давление насыщенного пара увеличивается с ростом температуры, для достижения более высокого внешнего давления жидкость необходимо нагреть до более высокой температуры.