Номер 5, страница 56 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 13. Испарение и конденсация. Насыщенный пар. Вопросы - номер 5, страница 56.

Условие.

5. Каким образом удаётся предохранить спускаемые космические аппараты от перегрева во время прохождения через атмосферу планеты?

Решение.

5. Предохранение спускаемых космических аппаратов от перегрева во время входа в атмосферу планеты является одной из ключевых задач при их проектировании. Нагрев происходит не столько из-за трения, сколько из-за адиабатического сжатия воздуха перед аппаратом на гиперзвуковых скоростях, что приводит к образованию ударной волны и нагреву газа до состояния плазмы с температурой в тысячи градусов Цельсия. Существует несколько основных способов защиты:

1. Абляционная теплозащита. Это наиболее распространенный метод. Лобовая часть аппарата покрывается специальным материалом (теплозащитным экраном), который при нагреве начинает плавиться, испаряться и уноситься потоком газа. Этот процесс, называемый абляцией, требует больших затрат энергии, которая отбирается у горячего газа и уносится вместе с частицами материала. Образующийся слой газообразных продуктов абляции также создает защитную прослойку, которая изолирует корпус аппарата от раскаленной плазмы.

2. Радиационная теплозащита. Применяются тугоплавкие материалы (например, армированный углерод-углерод или керамические плитки, как на шаттлах), которые могут выдерживать очень высокие температуры. Нагреваясь докрасна, они сами начинают интенсивно излучать тепловую энергию в окружающее пространство. Эффективность этого метода определяется законом Стефана-Больцмана, согласно которому мощность излучения пропорциональна четвертой степени температуры ($P \sim T^4$).

3. Аэродинамическая форма. Форма спускаемого аппарата, как правило, затупленная, а не острая. Это позволяет создать отсоединенную ударную волну, которая находится на некотором расстоянии от корпуса. В результате основная часть кинетической энергии переходит в тепловую в слое газа между ударной волной и аппаратом, а не передается непосредственно на его поверхность, что снижает тепловые потоки.

Также существуют теплопоглощающие и активные системы охлаждения, но они применяются реже из-за большого веса или сложности конструкции.

Ответ: Спускаемые аппараты защищают от перегрева с помощью специальных теплозащитных экранов (чаще всего абляционных, которые разрушаются, унося с собой тепло), использования тугоплавких материалов, способных излучать тепло, а также за счет придания аппарату специальной затупленной аэродинамической формы.

6. Конденсация — это физический процесс перехода вещества из газообразного состояния (пара) в жидкое. Конденсация происходит, когда температура газа опускается ниже его точки росы или когда давление увеличивается до давления насыщенного пара при данной температуре. Этот процесс является обратным испарению (парообразованию).

В ходе конденсации молекулы газа, хаотично двигаясь, теряют свою кинетическую энергию (например, при столкновении с более холодной поверхностью) и сближаются настолько, что силы межмолекулярного притяжения становятся достаточными для их удержания вместе, образуя жидкость. Этот процесс является экзотермическим, то есть сопровождается выделением энергии, равной удельной теплоте парообразования. Именно поэтому ожог паром при $100^\circ\text{C}$ опаснее ожога кипятком той же температуры: к теплу воды добавляется значительное количество энергии, выделившейся при конденсации пара на коже.

Ответ: Конденсация — это процесс фазового перехода вещества из газообразного состояния в жидкое, сопровождающийся выделением тепла.

7. Конденсация является широко распространенным явлением, которое мы наблюдаем как в природе, так и в повседневной жизни. Вот некоторые примеры:

В природе:
• Образование облаков и тумана: водяной пар, поднимаясь в атмосфере, охлаждается, достигает точки росы и конденсируется на мельчайших частицах пыли или соли, образуя крошечные капельки воды, из которых и состоят облака и туман.
• Выпадение росы: ночью поверхность земли и предметы на ней остывают. Если их температура опускается ниже точки росы окружающего воздуха, содержащийся в нем водяной пар конденсируется на этих поверхностях в виде капель воды.
• Дождь: является результатом дальнейшего процесса конденсации и слияния капель в облаках, когда они становятся достаточно тяжелыми, чтобы выпасть на землю.

В быту:
• Запотевание окон или зеркала: теплый влажный воздух в помещении (например, в ванной после душа) соприкасается с холодной поверхностью стекла, охлаждается, и избыток водяного пара конденсируется на ней.
• Капли воды на холодной бутылке: когда бутылку с напитком достают из холодильника, водяной пар из комнатного воздуха конденсируется на ее холодной поверхности.
• Видимый пар изо рта на морозе: выдыхаемый нами теплый и влажный воздух, смешиваясь с холодным окружающим воздухом, охлаждается, и содержащийся в нем пар конденсируется в мельчайшие капельки воды, образуя видимое "облачко".

Ответ: Явления, связанные с конденсацией, включают образование облаков, тумана, росы и дождя в природе, а также запотевание окон и зеркал, появление капель на холодных предметах и видимый пар изо рта на морозе в быту.