Номер 5, страница 325 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вспомните, при каких условиях наблюдается процесс кипения жидкости и как он начинается.

Условия, при которых наблюдается процесс кипения жидкости

Кипение — это интенсивный процесс парообразования, происходящий по всему объему жидкости при достижении определенной температуры. Для его наблюдения необходимо соблюдение трех ключевых условий.
Во-первых, жидкость должна быть нагрета до температуры кипения. Важно понимать, что эта температура не является постоянной величиной для данного вещества, а напрямую зависит от внешнего давления. Например, при нормальном атмосферном давлении вода кипит при 100 °C, но в горах, где давление ниже, температура кипения также будет ниже.
Во-вторых, фундаментальным условием кипения является достижение равенства между давлением насыщенного пара внутри образующихся пузырьков и внешним давлением, действующим на поверхность жидкости. Это можно записать как $p_{н.п.} \geq p_{внешн.}$, где $p_{н.п.}$ — давление насыщенного пара, а $p_{внешн.}$ — внешнее давление. Как только давление пара внутри пузырька преодолевает внешнее, он может расти и подниматься.
В-третьих, для поддержания процесса кипения требуется непрерывный подвод теплоты. Эта энергия, известная как удельная теплота парообразования, идет не на дальнейшее повышение температуры (она остается постоянной в процессе кипения), а на фазовый переход — превращение жидкости в пар.

Как начинается процесс кипения

Начало кипения — это не одномоментный процесс, а последовательность явлений, зарождающихся в конкретных точках.
Процесс инициируется на так называемых центрах парообразования. Это могут быть микроскопические трещины и царапины на стенках и дне сосуда, частицы примесей в жидкости или мельчайшие пузырьки растворенного газа. В этих местах формируются первые зародышевые пузырьки пара.
По мере подвода тепла жидкость внутри этих зародышей испаряется, и давление насыщенного пара в них растет. Когда это давление сравнивается с внешним, пузырьки начинают увеличиваться в объеме.
На начальной стадии нагрева, когда прогреты только нижние слои, пузырьки, оторвавшись от дна, попадают в более холодные верхние слои жидкости. Там пар в них конденсируется, и они схлопываются с характерным шумом.
Когда вся жидкость прогревается до температуры кипения, пузырьки больше не схлопываются. Они свободно поднимаются к поверхности, лопаются и высвобождают пар. Это и есть установившийся процесс бурного кипения.

Ответ: Процесс кипения наблюдается при нагреве жидкости до температуры кипения, которая зависит от внешнего давления. Основное условие: давление насыщенного пара в жидкости должно стать равным или большим, чем внешнее давление. Для поддержания процесса требуется постоянный подвод тепла. Кипение начинается с образования пузырьков пара на центрах парообразования (микронеровностях, примесях). Эти пузырьки растут, когда давление пара внутри них превышает внешнее, поднимаются на поверхность и лопаются.