Номер 444, страница 62, часть 1 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Парфентьева

Часть 1. 10 класс. Молекулярная физика. Тепловые явления. Взаимные превращения жидкостей и газов. Влажность - номер 444, страница 62.

Условие.

444. [373] При нагревании воды сначала вы слышите шипение, затем звук становится более резким, а в конце перед кипением звук становится мягче. Объясните изменение звука при нагревании воды.

Решение.

Решение

Изменение звука при нагревании воды связано с процессами образования и поведения пузырьков газа и пара в воде на разных стадиях нагрева. Процесс можно разделить на три основных этапа, которые соответствуют описанным в вопросе звуковым явлениям.

1. Шипение. При начальном нагреве первыми начинают выделяться растворенные в воде газы (в основном, воздух), так как их растворимость уменьшается с повышением температуры. На дне и стенках сосуда, где вода горячее всего, образуются мельчайшие пузырьки воздуха. Поднимаясь к поверхности, эти пузырьки создают тихое шипение.

2. Более резкий звук. Когда температура у дна достигает точки кипения ($100°C$ при нормальном атмосферном давлении), на нем начинают образовываться пузырьки водяного пара. Однако верхние слои воды все еще холоднее. Пузырьки пара, будучи легче воды, отрываются от дна и всплывают. Попадая в более холодные верхние слои, пар внутри пузырьков резко конденсируется, превращаясь обратно в жидкость. Это приводит к схлопыванию (коллапсу) пузырька. Процесс одновременного схлопывания множества таких пузырьков создает характерный громкий и резкий шум.

3. Смягчение звука перед кипением. По мере того как весь объем воды прогревается и температура во всем сосуде приближается к точке кипения, разница температур между нижними и верхними слоями практически исчезает. Теперь пузырьки пара, образующиеся у дна, поднимаются к поверхности, не успевая сконденсироваться и схлопнуться, так как окружающая их вода тоже горячая. Они достигают поверхности и просто лопаются, выпуская пар. Этот процесс производит гораздо более мягкий и тихий звук, который мы воспринимаем как бульканье. Таким образом, громкий резкий шум стихает, сменяясь более спокойным звуком кипения.

Ответ: Изменение звука объясняется разными физическими процессами на каждой стадии нагрева: сначала выделяются растворенные газы (шипение), затем у горячего дна образуются пузырьки пара, которые схлопываются в холодных верхних слоях воды (резкий громкий шум), и, наконец, когда вся вода прогревается, пузырьки пара перестают схлопываться и спокойно достигают поверхности, что делает звук мягче.