Номер 21.15, страница 74 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 21. Давление газов. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 21.15, страница 74.

$21.15^{\circ}$ $[475^{\circ}]$ Если сначала охладить бутылку, а потом, держа её в руках, опустить горлышком в воду (рис. III-15), то можно заметить, что из бутылки будут выходить пузырьки воздуха. Объясните наблюдаемое явление.

Рис. III-15

Решение

Наблюдаемое явление объясняется физическим свойством газов — тепловым расширением. Рассмотрим процесс по шагам.

1. Начальное состояние. В предварительно охлажденной бутылке находится воздух, температура которого также понижена. При охлаждении газы сжимаются, то есть плотность воздуха в бутылке немного выше, чем у окружающего воздуха при нормальной температуре, или же его давление ниже.

2. Передача тепла. Когда человек берет бутылку в руки, тепло от рук (температура которых около 36,6 °C) начинает передаваться через стекло воздуху, находящемуся внутри бутылки. В результате температура воздуха в бутылке повышается.

3. Тепловое расширение воздуха. Согласно закону Гей-Люссака, при постоянном давлении объем газа прямо пропорционален его абсолютной температуре. Это можно выразить формулой:

$V/T = \text{const}$

где $V$ — объем газа, а $T$ — его абсолютная температура. Когда воздух внутри бутылки нагревается, его температура $T$ растет, и он стремится расшириться, то есть занять больший объем $V$.

4. Выход пузырьков. Поскольку объем бутылки постоянен, расширяющийся воздух создает внутри нее избыточное давление, которое становится выше внешнего атмосферного давления. Когда горлышко бутылки погружают в воду, это повышенное давление выталкивает излишек воздуха из бутылки. Проходя через воду, выходящий воздух образует пузырьки, которые и наблюдаются в опыте.

Ответ: Воздух в холодной бутылке нагревается от тепла рук. В результате теплового расширения он увеличивается в объеме и создает избыточное давление, которое выталкивает часть воздуха из бутылки. Так как горлышко погружено в воду, выходящий воздух образует пузырьки.