Номер 6, страница 85 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 5. Агрегатные состояния вещества. Параграф 24. Кипение. Удельная теплота парообразования. Вопросы - номер 6, страница 85.

Условие.

6. Как зависит температура кипения жидкости от внешнего давления?

Решение.

Температура кипения жидкости напрямую зависит от внешнего давления, оказываемого на её поверхность. Эта зависимость является прямой: чем выше внешнее давление, тем выше температура кипения, и наоборот, чем ниже давление, тем ниже температура кипения.

Физический смысл этого явления заключается в следующем. Кипение — это процесс интенсивного парообразования, который происходит не только со свободной поверхности жидкости, но и по всему её объёму. Внутри жидкости образуются и растут пузырьки пара. Для того чтобы пузырёк мог существовать и расти, давление насыщенного пара внутри него должно быть не меньше, чем давление в окружающей жидкости, которое складывается из внешнего (атмосферного) давления и гидростатического давления столба самой жидкости.

Давление насыщенного пара любой жидкости, в свою очередь, однозначно зависит от её температуры. С ростом температуры средняя кинетическая энергия молекул увеличивается, и всё большее их число способно преодолеть силы межмолекулярного притяжения и перейти в газообразное состояние (пар). В результате давление насыщенного пара экспоненциально растёт с увеличением температуры.

Таким образом, жидкость начинает кипеть при той температуре, при которой давление её насыщенного пара становится равным внешнему давлению.

Эту зависимость можно проиллюстрировать на примерах:
- При повышенном давлении, например, в скороварке, давление внутри сосуда может достигать 2 атмосфер. Чтобы давление насыщенного пара воды сравнялось с этим повышенным внешним давлением, её нужно нагреть до более высокой температуры (около 120°C). Это позволяет значительно ускорить процесс приготовления пищи.
- При пониженном давлении, например, высоко в горах, где атмосферное давление ниже, вода закипает при температуре ниже 100°C. Например, на высоте 5000 метров вода кипит уже при температуре около 83°C, что делает варку некоторых продуктов, например мяса, затруднительной.

В термодинамике эта зависимость описывается уравнением Клапейрона-Клаузиуса, которое для фазового перехода жидкость-пар имеет вид:
$\frac{dP_{sat}}{dT} = \frac{L}{T \cdot (v_g - v_l)}$
где $P_{sat}$ — давление насыщенного пара, $\text{T}$ — температура кипения, $\text{L}$ — удельная теплота парообразования, $v_g$ и $v_l$ — удельные объёмы пара и жидкости соответственно. Поскольку все величины в правой части уравнения положительны ($L > 0, T > 0, v_g > v_l$), производная $\frac{dP_{sat}}{dT}$ всегда положительна. Это математически доказывает, что с ростом давления ($dP > 0$) температура кипения также должна расти ($dT > 0$).

Ответ: Температура кипения жидкости находится в прямой зависимости от внешнего давления: с увеличением внешнего давления температура кипения повышается, а с уменьшением — понижается.