Номер 43.5, страница 162 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 43. Влажность. Глава 6. Тепловые явления - номер 43.5, страница 162.

43.5 [1151] Турист вернул первоначальную форму помятой металлической фляге, после того как он частично наполнил флягу водой, плотно закрыл её и подержал над костром. Объясните, как у него это получилось.

Решение

Это явление объясняется законами термодинамики, в частности, поведением газов и жидкостей при нагревании. Процесс можно разложить на несколько этапов.

1. Когда турист налил в флягу воду и плотно закрыл её, он создал замкнутую систему, в которой находилась жидкость (вода) и газ (воздух и небольшое количество водяного пара, образовавшегося в результате естественного испарения).

2. При нагревании фляги над костром температура воды и воздуха внутри неё начала расти. Это привело к двум ключевым последствиям:

• Нагревание воздуха в замкнутом объёме само по себе увеличивает давление.

• Что гораздо важнее, нагревание воды усиливает процесс испарения, а при достижении температуры кипения вода начинает бурно превращаться в пар.

3. Процесс кипения — это фазовый переход, при котором из небольшого объёма жидкости образуется очень большой объём газа (пара). Поскольку этот пар образуется в ограниченном и герметично закрытом объёме фляги, его давление начинает стремительно расти.

4. Давление газа $P$ в замкнутом объёме $V$ описывается уравнением состояния, для качественного анализа можно использовать уравнение для идеального газа: $P \cdot V = n \cdot R \cdot T$. Здесь $n$ — количество вещества газа (в молях), $T$ — абсолютная температура, $R$ — универсальная газовая постоянная. При нагревании фляги растет температура $T$, а из-за кипения воды резко увеличивается количество газообразного вещества $n$. Оба этих фактора приводят к значительному увеличению внутреннего давления $P$.

5. Это высокое давление действует изнутри на все стенки фляги с одинаковой силой на единицу площади. Когда сила давления на вмятины становится достаточно большой, она "выталкивает" их наружу, выпрямляя металл и восстанавливая первоначальную форму фляги. Дополнительно, нагрев самого металла мог сделать его более пластичным, что облегчило процесс выпрямления.

Ответ: При нагревании в плотно закрытой фляге вода закипела и превратилась в пар. Это привело к резкому увеличению давления внутри фляги. Сила этого давления, действующая изнутри на стенки, оказалась достаточной, чтобы выправить вмятины.