Номер 1.12, страница 5 - гдз по физике 8 класс задачник Артеменков, Ломаченков

I. Внутренняя энергия - номер 1.12, страница 5.

Условие.

1.12 Газовая горелка была подключена к баллону с газом. Объясните, почему при работе горелки часть баллона с газом покрылась инеем.

Решение.

Это явление объясняется законами термодинамики. Газ в баллоне (чаще всего это смесь пропана и бутана) находится под высоким давлением, благодаря чему значительная его часть находится в жидком состоянии.

Когда горелка включается, газ начинает выходить из баллона, и давление внутри него падает. Снижение давления приводит к тому, что сжиженный газ начинает интенсивно испаряться (переходить из жидкого состояния в газообразное). Этот процесс физики называют кипением при пониженном давлении.

Испарение — это эндотермический процесс, то есть для его протекания требуется энергия (теплота), которая забирается из окружающей среды. В данном случае сжиженный газ забирает тепло от стенок баллона и от самого себя. Это можно описать с помощью первого начала термодинамики: изменение внутренней энергии газа $ \Delta U $ равно количеству теплоты $ Q $, подведенной к нему, минус работа $ A $, совершенная газом: $ \Delta U = Q - A $. При быстром расширении (адиабатическом процессе) $ Q \approx 0 $, и газ совершает работу $ A > 0 $ за счет своей внутренней энергии, что приводит к ее уменьшению ($ \Delta U < 0 $) и, как следствие, к сильному охлаждению.

Из-за интенсивного отбора тепла стенки баллона очень быстро охлаждаются до температуры ниже 0°C.

В окружающем воздухе всегда содержится водяной пар. Соприкасаясь с ледяной поверхностью баллона, этот пар охлаждается, конденсируется и немедленно замерзает, превращаясь в мелкие кристаллики льда. Этот слой кристаллов льда мы и видим как иней.

Ответ: При работе горелки сжиженный газ в баллоне интенсивно испаряется из-за падения давления. Процесс испарения поглощает большое количество теплоты, из-за чего баллон сильно охлаждается до температуры ниже 0°C. В результате водяной пар, содержащийся в воздухе, конденсируется и замерзает на холодной поверхности баллона, образуя слой инея.