Ответьте на вопросы, страница 185 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему из баллона откачивают воздух?

Воздух из баллона или любого другого герметичного сосуда откачивают по нескольким основным причинам, в зависимости от его дальнейшего предназначения.

1. Для заполнения баллона другим газом или веществом

Это самая распространенная причина. Воздух — это смесь газов (примерно 78% азота, 21% кислорода, а также аргон, углекислый газ и другие примеси). Если оставить воздух внутри, возникнут следующие проблемы.

Во-первых, снижение чистоты продукта. При заполнении баллона, например, чистым кислородом для медицинских целей или аргоном для сварки, оставшийся воздух смешается с ним. В результате получится не чистый газ, а газовая смесь, которая может быть непригодна для использования.

Во-вторых, опасность химической реакции. Кислород, содержащийся в воздухе, является сильным окислителем. При контакте с горючими газами (например, водородом, метаном, пропаном) он может образовать взрывоопасную смесь. Поэтому перед заполнением баллона горючим газом из него необходимо удалить воздух во избежание взрыва. Также некоторые вещества могут вступать в реакцию с компонентами воздуха, что приведет к их порче.

В-третьих, неверное давление и количество вещества. Согласно закону Дальтона, общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений каждого газа. Воздух, оставшийся в баллоне, создаст собственное давление. Это помешает правильно рассчитать и закачать необходимое количество целевого газа, так как итоговое давление будет выше, чем давление одного только закачанного газа.

2. Для создания вакуума с целью теплоизоляции

Ярким примером является термос (сосуд Дьюара). Он состоит из двух сосудов, вставленных один в другой, а пространство между их стенками герметично. Из этого пространства откачивают воздух. Вакуум — это среда с крайне низкой плотностью частиц, поэтому он очень плохо проводит тепло. Отсутствие воздуха (или его минимальное количество) между стенками термоса значительно уменьшает передачу тепла за счет теплопроводности и конвекции. Это позволяет надолго сохранять температуру содержимого (как горячего, так и холодного).

3. Для проведения научных экспериментов или технологических процессов

Во многих областях науки и техники требуется безвоздушное пространство. Например, в ускорителях элементарных частиц пучки разгоняются в глубоком вакууме, чтобы избежать их столкновения с молекулами воздуха. В промышленности вакуум необходим для нанесения тонких пленок на линзы или микросхемы (вакуумное напыление), так как частицы напыляемого материала должны достигать подложки без столкновений. Также откачивают воздух из ламп накаливания, чтобы вольфрамовая нить не перегорала из-за окисления кислородом при высокой температуре.

Ответ: Воздух из баллона откачивают для того, чтобы: 1) заполнить его чистым газом, избегая примесей и опасных химических реакций (например, взрыва); 2) создать вакуум для теплоизоляции (как в термосе); 3) обеспечить безвоздушную среду для научных экспериментов или технологических процессов, где присутствие воздуха недопустимо.