Номер 7, страница 41 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава I. Тепловые явления. Параграф 6. Испарение. Кипение. Конденсация пара - номер 7, страница 41.

Условие.

7. Космонавт на Луне вскрыл ампулу с водой. Что будет происходить с водой?

Решение.

Когда космонавт вскроет ампулу с водой на Луне, с водой произойдет сложный физический процесс, обусловленный главным фактором лунной среды — глубоким вакуумом (практически полным отсутствием атмосферы).

Температура кипения жидкости напрямую зависит от внешнего давления. На Земле при нормальном атмосферном давлении вода кипит при $100$ °C. На Луне давление практически равно нулю. В таких условиях вода не может существовать в жидком состоянии, а ее температура кипения становится очень низкой, близкой к температуре замерзания.

Процесс будет выглядеть следующим образом:

1. Мгновенное вскипание. Сразу после вскрытия ампулы вода, оказавшись в вакууме, начнет бурно кипеть по всему своему объему. Это явление называется холодным кипением. Давление насыщенных паров воды, даже если она изначально была холодной, будет значительно выше ничтожного внешнего давления, что и вызовет этот эффект.

2. Быстрое охлаждение и замерзание. Кипение — это процесс парообразования, который требует значительных затрат энергии (теплоты парообразования). В отсутствие внешнего источника тепла вода будет черпать эту энергию из самой себя. В результате этого интенсивного испарения оставшаяся жидкая вода начнет стремительно охлаждаться.

3. Одновременное кипение и кристаллизация. Температура воды очень быстро упадет до своей тройной точки (около $0.01$ °C), при которой вещество может существовать одновременно в трех фазах: жидкой, твердой и газообразной. В итоге часть воды превратится в пар, а оставшаяся часть замерзнет, образуя мелкие кристаллики льда. По сути, вода будет одновременно кипеть и замерзать.

Таким образом, весь объем воды из ампулы очень быстро превратится в расширяющееся облако, состоящее из водяного пара и ледяной пыли, которое рассеется в окружающем пространстве. Если образовавшиеся кристаллики льда попадут под воздействие прямого солнечного света, они быстро сублимируют — перейдут из твердого состояния сразу в газообразное.

Ответ: При вскрытии ампулы вода мгновенно закипит из-за практически полного отсутствия давления. Интенсивное испарение приведет к резкому охлаждению, в результате чего оставшаяся вода замерзнет. В итоге вся вода быстро превратится в смесь пара и мелких кристалликов льда, которые рассеются в пространстве.