Номер 25.17, страница 87 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 25. Атмосферное давление. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 25.17, страница 87.

25.17° [557°] Под колоколом воздушного насоса (рис. III-57) находятся закрытый и открытый сосуды, соединённые стеклянной трубкой. В закрытом сосуде находится немного воды. Что произойдёт, если воздух откачать из-под колокола воздушного насоса? если вновь впустить воздух под колокол насоса?

Рис. III-57

Что произойдёт, если воздух откачать из-под колокола воздушного насоса?

В начальном состоянии давление воздуха под колоколом, давление на поверхность воды в открытом сосуде и давление газовой смеси (воздуха и насыщенных паров воды) в закрытом сосуде примерно одинаковы и равны атмосферному давлению. Система находится в равновесии.

Когда с помощью насоса начинают откачивать воздух, давление под колоколом ($P_{колокол}$) начинает уменьшаться. Давление в герметично закрытом сосуде ($P_{сосуд}$), создаваемое находящимся там газом, остаётся прежним. В результате возникает разность давлений $\Delta P = P_{сосуд} - P_{колокол}$, где $P_{сосуд} > P_{колокол}$.

Эта разность давлений создаёт силу, действующую на поверхность воды в закрытом сосуде. Избыточное давление выталкивает воду из закрытого сосуда по соединительной стеклянной трубке в открытый сосуд.

Кроме того, по мере уменьшения давления под колоколом снижается и температура кипения воды. Если откачать воздух до давления, которое станет ниже давления насыщенных паров воды при комнатной температуре (например, при 20°C это давление составляет примерно 2,3 кПа), то вода в открытом сосуде начнёт бурно кипеть.

Ответ: При откачивании воздуха из-под колокола вода будет перетекать из закрытого сосуда в открытый. При достаточно сильном разрежении вода закипит при комнатной температуре.

Что произойдёт, если вновь впустить воздух под колокол насоса?

К моменту начала впускания воздуха обратно, часть воды перетекла в открытый сосуд. Это привело к увеличению объёма, занимаемого газом в закрытом сосуде, и, согласно закону Бойля-Мариотта, к уменьшению его давления $P_{сосуд}$. В то же время давление под колоколом $P_{колокол}$ было сильно понижено в результате откачки.

Когда воздух впускают под колокол, давление $P_{колокол}$ начинает расти и стремится к атмосферному. Довольно быстро оно превысит пониженное давление $P_{сосуд}$ в закрытом сосуде.

Теперь уже давление под колоколом, действующее на поверхность воды в открытом сосуде, будет больше, чем давление газа в закрытом сосуде. Эта новая разность давлений заставит воду двигаться в обратном направлении: из открытого сосуда через трубку обратно в закрытый сосуд.

Если вода до этого кипела, то с ростом давления кипение немедленно прекратится. В конечном итоге система вернётся в состояние, близкое к первоначальному.

Ответ: При впускании воздуха под колокол вода из открытого сосуда будет перетекать обратно в закрытый.