Номер 42.1, страница 159 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 42. Испарение и конденсация. Кипение. Глава 6. Тепловые явления - номер 42.1, страница 159.

42.1 [1096] Почему температура воды в открытом стакане всегда бывает немного ниже температуры воздуха в комнате?

42.1 [1096]

Решение

Температура воды в открытом стакане оказывается немного ниже температуры окружающего воздуха из-за процесса испарения, который непрерывно происходит с открытой поверхности воды.

Этот процесс можно объяснить на молекулярном уровне. Молекулы в жидкости находятся в постоянном хаотическом движении и обладают разной кинетической энергией. Испарение — это явление, при котором молекулы с поверхности жидкости переходят в газообразное состояние (пар). Чтобы преодолеть силы межмолекулярного притяжения и покинуть жидкость, молекула должна обладать достаточно большой кинетической энергией. Таким образом, с поверхности воды улетают в первую очередь самые «быстрые», наиболее энергичные молекулы.

Когда наиболее энергичные молекулы покидают жидкость, средняя кинетическая энергия оставшихся в стакане молекул воды уменьшается. Поскольку температура тела является мерой средней кинетической энергии его частиц, уменьшение этой энергии эквивалентно понижению температуры воды. Иными словами, испарение — это процесс, сопровождающийся охлаждением жидкости.

Одновременно с этим происходит процесс теплообмена между водой и окружающей средой (воздухом и стенками стакана). Так как воздух в комнате теплее, чем охлаждающаяся вода, он передает ей тепло. В итоге устанавливается динамическое равновесие: скорость охлаждения воды из-за испарения становится равной скорости ее нагревания за счет теплообмена с окружающей средой. Равновесная температура, которая устанавливается в воде, оказывается немного ниже температуры воздуха в комнате.

Ответ: Температура воды в открытом стакане ниже температуры воздуха из-за процесса испарения. Во время испарения с поверхности воды улетают самые быстрые молекулы, унося с собой энергию. Это приводит к уменьшению средней энергии оставшихся молекул, то есть к охлаждению воды. Устанавливается равновесие, при котором охлаждение за счет испарения компенсируется нагревом от более теплого окружающего воздуха, поэтому температура воды поддерживается на уровне чуть ниже комнатной.