Номер 7.66, страница 43 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 7. Испарение, конденсация, кипение - номер 7.66, страница 43.

Условие.

7.66. Сосуд с водой выносят из орбитальной станции в открытый космос. Что будет происходить с водой, если сосуд открыть?

Решение.

Решение

Когда сосуд с водой выносят из орбитальной станции в открытый космос и открывают, вода подвергается воздействию двух основных факторов: практически полного вакуума (крайне низкого давления) и низкой температуры (в тени).

Температура кипения жидкости напрямую зависит от внешнего давления. Чем ниже давление, тем при более низкой температуре кипит жидкость. В условиях космического вакуума, где давление близко к нулю, температура кипения воды также стремится к абсолютному нулю. Давление в космосе значительно ниже давления тройной точки воды ($p_{т} \approx 611.7$ Па при температуре $T_{т} \approx 273.16$ К), при котором вода может существовать одновременно в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. При давлении ниже этого значения жидкая фаза невозможна.

Следовательно, при открытии сосуда произойдут следующие процессы:

1. Мгновенное кипение. Из-за резкого падения внешнего давления вода начнет бурно кипеть по всему объему.

2. Быстрое охлаждение и замерзание. Кипение (испарение) — это процесс, требующий энергии, называемой удельной теплотой парообразования ($\text{L}$). Эту энергию вода будет забирать у самой себя, что приведет к резкому и сильному охлаждению. Температура оставшейся жидкой воды быстро упадет до точки замерзания (0 °C) и продолжит падать. В результате оставшаяся часть воды замерзнет, превратившись в мелкие кристаллики льда.

3. Сублимация. Образовавшийся лед, находясь в вакууме, будет продолжать испаряться, но уже переходя непосредственно из твердого состояния в газообразное. Этот процесс называется сублимацией.

Таким образом, вода в открытом космосе будет одновременно кипеть и замерзать.

Ответ: Часть воды мгновенно закипит из-за вакуума, а выделившийся пар улетучится в космос. Интенсивное парообразование отберет тепло у оставшейся воды, в результате чего она быстро замерзнет, превратившись в лед. В дальнейшем этот лед будет медленно сублимировать (испаряться, минуя жидкую фазу).