Номер 14, страница 19 - гдз по физике 8 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

II. Изменения агрегатного состояния вещества. Выполняем тест - номер 14, страница 19.

Условие.

14. При охлаждении жидкости, находящейся в закрытом сосуде, плотность насыщенного пара над поверхностью жидкости:

1) увеличивается

2) уменьшается

3) становится равной нулю

4) не изменяется

Решение.

Решение

Насыщенный пар — это пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью. В состоянии равновесия скорость процесса испарения (число молекул, покидающих поверхность жидкости в единицу времени) равна скорости процесса конденсации (числу молекул, возвращающихся из пара в жидкость в единицу времени).

Давление и плотность насыщенного пара не зависят от объёма, а зависят только от температуры. При понижении температуры средняя кинетическая энергия молекул жидкости уменьшается. Из-за этого уменьшается и скорость испарения, так как меньше молекул обладает достаточной энергией, чтобы преодолеть силы межмолекулярного притяжения и покинуть жидкость.

Как только температура начинает падать, равновесие нарушается. Скорость испарения уменьшается, в то время как скорость конденсации, зависящая от концентрации молекул в паре, на мгновение остаётся прежней. В результате скорость конденсации становится больше скорости испарения. Это приводит к тому, что часть пара конденсируется, переходя обратно в жидкое состояние.

Процесс конденсации уменьшает количество молекул пара над поверхностью жидкости, что, в свою очередь, приводит к снижению его плотности и давления. Плотность пара будет уменьшаться до тех пор, пока скорость конденсации не станет равной новой, более низкой скорости испарения. Таким образом, при более низкой температуре устанавливается новое состояние равновесия с меньшей плотностью насыщенного пара.

Связь между давлением $\text{P}$, плотностью $\rho$ и температурой $\text{T}$ для пара можно приближенно описать уравнением Менделеева-Клапейрона: $P = \frac{\rho}{M}RT$, где $\text{M}$ — молярная масса, $\text{R}$ — универсальная газовая постоянная. Отсюда плотность можно выразить как $\rho = \frac{PM}{RT}$. Известно, что давление насыщенного пара $\text{P}$ очень сильно зависит от температуры и резко падает при её понижении (зависимость близка к экспоненциальной). Так как давление $\text{P}$ в числителе уменьшается значительно быстрее, чем абсолютная температура $\text{T}$ в знаменателе, то итоговое значение плотности $\rho$ также уменьшается.

Таким образом, при охлаждении жидкости плотность находящегося над ней насыщенного пара уменьшается.

Ответ: 2