Номер 7.79, страница 44 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 7. Испарение, конденсация, кипение - номер 7.79, страница 44.

Условие.

7.79. Когда открывают бутылку с газированным напитком, в жидкости бурно выделяются пузырьки, как и при кипении. В чем отличие этого процесса от кипения?

Решение.

Несмотря на внешнее сходство, процесс выделения пузырьков при открывании бутылки с газированным напитком и процесс кипения имеют фундаментальные различия, касающиеся как состава пузырьков, так и физических условий, вызывающих их появление.

Выделение газа из напитка (дегазация)

В газированных напитках под высоким давлением растворен углекислый газ ($CO_2$). В закрытой бутылке система находится в равновесии: давление газа над жидкостью велико, что обеспечивает высокую растворимость $CO_2$ в воде. Когда бутылку открывают, давление над жидкостью резко падает до атмосферного. Согласно закону Генри, растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна давлению этого газа над ее поверхностью. С уменьшением давления растворимость $CO_2$ резко снижается. «Избыточный» газ, который больше не может удерживаться в растворе, начинает выделяться по всему объему жидкости, образуя пузырьки. Этот процесс происходит при обычной температуре напитка (чаще всего, охлажденной) и не связан с нагреванием.

Кипение

Кипение — это процесс интенсивного парообразования, происходящий не только с поверхности, но и по всему объему жидкости. Пузырьки, образующиеся при кипении, состоят не из растворенного газа, а из пара самой жидкости (например, водяного пара при кипении воды). Кипение начинается тогда, когда жидкость нагревается до определенной температуры (температуры кипения), при которой давление ее насыщенного пара становится равным внешнему давлению (обычно атмосферному). Для поддержания процесса кипения необходим постоянный подвод тепловой энергии, которая расходуется на фазовый переход жидкости в газ.

Таким образом, ключевые отличия этих двух процессов:

1. Состав пузырьков: в газированном напитке это пузырьки растворенного углекислого газа ($CO_2$), а при кипении — пузырьки пара самой жидкости.
2. Причина возникновения: выделение газа из напитка вызвано резким снижением внешнего давления, в то время как кипение вызвано нагревом жидкости до температуры кипения.
3. Температурные условия: дегазация происходит без нагрева (часто при низких температурах), а кипение возможно только при достижении высокой температуры кипения.
4. Физическая природа: в первом случае происходит выделение растворенного вещества из раствора, а во втором — фазовый переход вещества из жидкого состояния в газообразное.

Ответ: Главное отличие заключается в природе и причине образования пузырьков. При открывании газировки пузырьки состоят из углекислого газа, который выходит из раствора из-за падения давления. При кипении пузырьки состоят из пара самой жидкости и образуются из-за достижения температуры, при которой давление насыщенного пара равно внешнему давлению.