Номер 641, страница 83 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

29. Внутренняя энергия одноатомного газа. Работа и количество теплоты. Первый закон термодинамики. Адиабатный процесс. Глава VI. Основы термодинамики. Молекулярная физика и термодинамика - номер 641, страница 83.

Условие.

641. В сосуд, на дне которого была вода, накачали воздух. Когда открыли кран и сжатый воздух вырвался наружу, сосуд заполнился водяным туманом. Почему это произошло?

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

641. Решение

Это явление объясняется законами термодинамики. Когда кран открывают, сжатый воздух, находящийся в сосуде, начинает резко расширяться. Этот процесс происходит настолько быстро, что воздух не успевает обменяться теплом со стенками сосуда и окружающей средой. Такой процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой, называется адиабатным.

При адиабатном расширении газ совершает работу против сил внешнего давления, вырываясь наружу. На совершение этой работы тратится внутренняя энергия самого газа. Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы ($ \Delta U $) равно разности между полученным теплом ($ Q $) и совершённой газом работой ($ A $): $ \Delta U = Q - A $. Так как в адиабатном процессе теплообмен отсутствует ($ Q = 0 $), а работа совершается газом ($ A > 0 $), то изменение внутренней энергии становится отрицательным ($ \Delta U = -A $). Уменьшение внутренней энергии газа приводит к его резкому охлаждению.

Поскольку на дне сосуда была вода, воздух над ней насыщен водяным паром. При резком охлаждении воздуха температура водяного пара также падает. Когда температура опускается ниже точки росы, пар становится перенасыщенным и начинает конденсироваться — превращаться в мельчайшие капельки жидкой воды.

Эти многочисленные капельки воды, взвешенные в воздухе, и образуют видимый туман, который заполняет сосуд.

Ответ: При резком расширении сжатый воздух совершает работу, из-за чего его внутренняя энергия и, следовательно, температура значительно уменьшаются. Вследствие сильного охлаждения находящийся в воздухе водяной пар конденсируется, образуя туман.