Номер 4, страница 41 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава I. Тепловые явления. Параграф 6. Испарение. Кипение. Конденсация пара - номер 4, страница 41.

Условие.

4. Опишите процессы, происходящие при нагревании и кипении жидкости в открытом сосуде.

Решение.

Процессы, происходящие при нагревании и кипении жидкости в открытом сосуде, можно разделить на несколько последовательных этапов.

Нагревание жидкости до температуры кипения

При подводе тепла к жидкости в открытом сосуде, например, при нагревании снизу, ее внутренняя энергия увеличивается. Это проявляется в росте средней кинетической энергии хаотического движения молекул, что приводит к повышению температуры жидкости. Одновременно происходит ее тепловое расширение: объем немного увеличивается, а плотность, соответственно, уменьшается. В жидкости возникают конвекционные потоки: нижние, более нагретые и менее плотные слои поднимаются вверх, а верхние, более холодные и плотные, опускаются вниз. За счет этого происходит перемешивание и постепенное выравнивание температуры во всем объеме. Параллельно с нагреванием идет процесс испарения – переход молекул с поверхности жидкости в пар. С ростом температуры интенсивность испарения возрастает, так как все больше молекул приобретают энергию, достаточную для преодоления сил межмолекулярного притяжения.

Переход к кипению

По мере приближения к температуре кипения на дне и стенках сосуда, где температура максимальна, начинают образовываться маленькие пузырьки. Сначала это пузырьки растворенных в жидкости газов (например, воздуха), чья растворимость уменьшается с повышением температуры. Затем в этих пузырьках и микротрещинах на поверхности сосуда начинает испаряться и сама жидкость, образуя пузырьки пара. Эти первые пузырьки, поднимаясь в более холодные верхние слои, уменьшаются в размере и схлопываются (конденсируются), так как давление насыщенного пара внутри них еще недостаточно, чтобы преодолеть сумму внешнего атмосферного и гидростатического давления. Процесс схлопывания пузырьков создает характерный шум, предшествующий закипанию.

Процесс кипения

Когда вся жидкость прогревается до определенной температуры, называемой температурой кипения, начинается собственно кипение. Ключевое условие для кипения — давление насыщенного пара внутри пузырьков становится равным или немного превышает внешнее давление на поверхность жидкости (в открытом сосуде это атмосферное давление). Теперь пузырьки пара не схлопываются, а наоборот, растут в объеме, отрываются от стенок, всплывают на поверхность и лопаются, выбрасывая пар в окружающее пространство. Этот процесс интенсивного парообразования, происходящий по всему объему жидкости, и есть кипение. Важной особенностью кипения является то, что температура жидкости в процессе кипения остается постоянной, равной температуре кипения, до тех пор, пока вся жидкость не выкипит. Вся подводимая к сосуду энергия расходуется не на дальнейший нагрев, а на фазовый переход — превращение жидкости в пар (называемый теплотой парообразования).

Ответ: При нагревании жидкости в открытом сосуде сначала растет ее температура, возникают конвекционные потоки для равномерного прогрева, и усиливается испарение с поверхности. Перед закипанием на дне и стенках сосуда образуются пузырьки пара, которые вначале схлопываются в более холодных верхних слоях. Кипение — это процесс интенсивного парообразования по всему объему жидкости, который начинается, когда давление насыщенного пара внутри пузырьков становится равным внешнему атмосферному давлению. В процессе кипения температура жидкости остается постоянной, а вся подводимая теплота идет на превращение жидкости в пар.