Номер 3, страница 85 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 5. Агрегатные состояния вещества. Параграф 24. Кипение. Удельная теплота парообразования. Задания и упражнения - номер 3, страница 85.

Условие.

3. В кипящей при атмосферном давлении воде пузырёк поднимается к её поверхности. Оцените давление пара в пузырьке (больше или меньше атмосферного).

Решение.

3. Чтобы оценить давление пара внутри пузырька, необходимо рассмотреть все давления, действующие на него снаружи. Пузырёк, находящийся в толще воды, испытывает давление, которое складывается из нескольких составляющих.

Во-первых, на свободную поверхность воды действует атмосферное давление, $p_{атм}$. Это давление передаётся во все точки жидкости согласно закону Паскаля.

Во-вторых, на пузырёк, находящийся на глубине $\text{h}$, давит столб воды над ним. Это давление называется гидростатическим, $p_{гидр}$, и оно рассчитывается по формуле:
$p_{гидр} = \rho \cdot g \cdot h$
где $\rho$ — плотность воды, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{h}$ — глубина, на которой находится пузырёк.

В-третьих, из-за кривизны поверхности пузырька возникает дополнительное давление, обусловленное силами поверхностного натяжения. Это так называемое давление Лапласа, $p_{Л}$:
$p_{Л} = \frac{2\sigma}{r}$
где $\sigma$ — коэффициент поверхностного натяжения воды, а $\text{r}$ — радиус пузырька.

Для того чтобы пузырёк мог существовать и не схлопываться, давление пара внутри него, $p_{пар}$, должно уравновешивать суммарное внешнее давление:
$p_{пар} = p_{атм} + p_{гидр} + p_{Л} = p_{атм} + \rho g h + \frac{2\sigma}{r}$

Поскольку пузырёк находится внутри кипящей воды, а не на её поверхности, его глубина $\text{h}$ всегда больше нуля ($h > 0$). Это означает, что гидростатическое давление $p_{гидр}$ является положительной величиной. Давление Лапласа $p_{Л}$ также всегда положительно.

Следовательно, давление пара внутри пузырька всегда будет больше атмосферного давления, так как оно является суммой атмосферного давления и двух положительных слагаемых (гидростатического давления и давления Лапласа). Даже если пренебречь очень малым давлением Лапласа, наличие гидростатического давления уже делает давление внутри пузырька больше атмосферного.

Ответ: Давление пара в пузырьке больше атмосферного.