Номер 557, страница 75 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

557. Можно ли считать, что при нормальном атмосферном давлении вода, находящаяся в достаточно глубоком сосуде, кипит при $100 ^\circ \text{C}$?

Решение

Нет, в общем случае считать так нельзя. Температура кипения жидкости зависит от внешнего давления. Вода кипит при 100 °C только при нормальном атмосферном давлении ($p_{атм} \approx 101,3$ кПа).

Кипение — это процесс парообразования, который происходит во всём объёме жидкости, когда давление её насыщенного пара сравнивается с внешним давлением.

В глубоком сосуде давление на разных глубинах различно. На поверхности воды давление равно атмосферному. Однако с увеличением глубины на $h$ к атмосферному давлению $p_{атм}$ добавляется гидростатическое давление столба жидкости $p_{гидр}$, которое рассчитывается по формуле $p_{гидр} = \rho g h$, где $\rho$ — плотность воды, а $g$ — ускорение свободного падения.

Таким образом, полное давление на глубине $h$ составляет:

$p_{полн} = p_{атм} + \rho g h$

Поскольку это давление $p_{полн}$ на любой глубине $h > 0$ больше атмосферного, для кипения (образования пузырьков пара) на этой глубине потребуется температура выше 100 °C.

Например, на глубине 10 метров гидростатическое давление воды ($p_{гидр} \approx 1000 \text{ кг/м}^3 \cdot 9.8 \text{ м/с}^2 \cdot 10 \text{ м} \approx 98$ кПа) почти равно атмосферному. Суммарное давление будет почти вдвое выше, и температура кипения при таком давлении составит уже около 120 °C.

Следовательно, хотя на самой поверхности вода и может закипать при 100 °C, кипение во всем объеме глубокого сосуда, которое обычно начинается в нижних, наиболее нагретых слоях, будет происходить при температуре выше 100 °C.

Ответ: Нет, нельзя, так как из-за гидростатического давления давление на глубине больше, чем на поверхности, а с ростом давления растёт и температура кипения. Вода в нижних слоях сосуда будет кипеть при температуре выше 100 °C.