Номер 9.26, страница 51 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 9. Домашние экспериментальные задания - номер 9.26, страница 51.

Условие.

9.26. Пронаблюдайте выход пузырьков из газированной воды. Налейте газированную воду в стакан и подождите, пока опадёт пена и в воде будут подниматься только отдельные пузырьки, хотя жидкость содержит ещё много газа. Бросьте в воду щепотку сахарного песка или поваренной соли. Как изменился процесс выхода пузырьков? Опишите этот процесс, докажите его сходство с процессом кипения.

Решение.

Как изменился процесс выхода пузырьков? Опишите этот процесс

При добавлении в газированную воду щепотки сахара или поваренной соли процесс выхода пузырьков резко интенсифицируется. Вместо отдельных, медленно поднимающихся пузырьков, наблюдается бурное, практически мгновенное "вскипание" жидкости. Вокруг каждой частицы добавленного вещества образуется множество пузырьков углекислого газа ($CO_2$), которые бурно устремляются вверх, создавая обильную пену. Процесс напоминает извержение вулкана в миниатюре.

Это явление объясняется тем, что газированная вода является пересыщенным раствором углекислого газа в воде. Для образования пузырька газа из раствора необходимы так называемые центры нуклеации (или центры парообразования). В спокойном состоянии такими центрами служат микроскопические неровности на стенках стакана. Брошенные в воду кристаллики сахара или соли имеют неровную, шероховатую поверхность с огромным количеством углов и микротрещин. Каждая такая неоднородность становится центром, на котором растворенный углекислый газ может легко собраться и сформировать пузырек. Поскольку в воду вносится сразу огромное количество таких центров, процесс газовыделения становится лавинообразным и очень интенсивным.

Докажите его сходство с процессом кипения

Процесс бурного выделения газа из газировки и процесс кипения схожи по нескольким ключевым признакам:
1. Фазовый переход в объеме жидкости: И в том, и в другом случае происходит образование газа (фазовый переход) по всему объему жидкости, а не только с ее поверхности. При выходе газа из газировки происходит переход растворенного газа в газообразное состояние. При кипении происходит переход самой жидкости в газообразное состояние (пар).
2. Роль центров нуклеации: Оба процесса нуждаются в центрах для начала образования пузырьков. Как и в случае с газированной водой, для кипения необходимы центры парообразования. Если их нет (в очень чистой воде и идеально гладкой посуде), воду можно перегреть выше температуры кипения ($100°C$ при нормальном атмосферном давлении), и она не закипит. Такое состояние называется перегретой жидкостью. Добавление любого твердого вещества (например, той же соли) в перегретую воду вызовет мгновенное, взрывное закипание, так как появятся центры парообразования. Это полностью аналогично опыту с газированной водой.
3. Внешнее проявление: Визуально процесс бурного выделения газа из газировки очень похож на кипение — наблюдается бурное образование множества пузырьков по всему объему жидкости, которые поднимаются к поверхности.

Ответ: При добавлении сахара или соли в газированную воду начинается бурный процесс выделения пузырьков, похожий на кипение. Это происходит потому, что кристаллики служат многочисленными центрами нуклеации для растворенного в воде углекислого газа. Сходство с кипением заключается в том, что оба процесса представляют собой фазовый переход с образованием газа в объеме жидкости, который инициируется на центрах нуклеации.