Вариант 1, страница 73 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-5. Испарение и конденсация. Влажность воздуха. Кипение - страница 73.

Условие.

Вариант 1

1. В какую погоду и почему быстрее высохнет трава — в ветреную или безветренную?

2. Почему кипение происходит при постоянной температуре?

3. Какое количество теплоты потребуется для обращения в пар 200 г воды, взятой при температуре 20 °C? Начертите примерный график процессов, происходящих с водой.

Решение.

1. В какую погоду и почему быстрее высохнет трава — в ветреную или безветренную?

Трава быстрее высохнет в ветреную погоду. Процесс высыхания — это испарение, то есть переход воды из жидкого состояния в газообразное (водяной пар). Скорость испарения зависит от движения воздуха. Над поверхностью мокрой травы образуется слой воздуха, насыщенный водяным паром. В безветренную погоду этот слой остается на месте, и так как он уже содержит максимальное количество влаги, дальнейшее испарение сильно замедляется. Ветер же постоянно сдувает этот насыщенный влагой воздух и заменяет его более сухим. Благодаря этому поддерживается постоянный и быстрый процесс перехода молекул воды с поверхности травы в воздух.

Ответ: Трава быстрее высохнет в ветреную погоду, потому что ветер уносит насыщенный водяным паром воздух от ее поверхности, тем самым ускоряя процесс испарения.

2. Почему кипение происходит при постоянной температуре?

Кипение — это процесс интенсивного парообразования, происходящий по всему объему жидкости при определенной температуре (температуре кипения). Когда жидкость достигает этой температуры, вся подводимая к ней тепловая энергия начинает расходоваться не на увеличение средней кинетической энергии ее молекул (что привело бы к росту температуры), а на преодоление сил межмолекулярного притяжения и на работу по расширению образующегося пара. Эта энергия, идущая на изменение агрегатного состояния вещества, называется удельной теплотой парообразования. Пока вся жидкость не превратится в пар, ее температура будет оставаться постоянной. Лишь после того, как вся вода выкипит, температура образовавшегося пара сможет продолжить расти при дальнейшем подводе тепла.

Ответ: Во время кипения вся подводимая к жидкости энергия расходуется на изменение ее агрегатного состояния (превращение в пар), а не на увеличение средней кинетической энергии молекул, поэтому температура жидкости остается постоянной.

3. Какое количество теплоты потребуется для обращения в пар 200 г воды, взятой при температуре 20 °C? Начертите примерный график процессов, происходящих с водой.

Дано:

Масса воды, $m = 200$ г
Начальная температура воды, $t_1 = 20$ °C
Конечная температура воды (температура кипения), $t_2 = 100$ °C
Удельная теплоемкость воды, $c = 4200$ Дж/(кг·°C)
Удельная теплота парообразования воды, $L = 2.3 \cdot 10^6$ Дж/кг

$m = 200$ г = $0.2$ кг

Найти:

Общее количество теплоты, $\text{Q}$ - ?

Решение:

Процесс превращения воды в пар в данном случае состоит из двух этапов:

1. Нагревание воды от начальной температуры $t_1 = 20$ °C до температуры кипения $t_2 = 100$ °C. Количество теплоты $Q_1$, необходимое для этого этапа, рассчитывается по формуле:

$Q_1 = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1)$

Подставим значения:

$Q_1 = 4200 \, \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}} \cdot 0.2 \, \text{кг} \cdot (100 \, \text{°C} - 20 \, \text{°C}) = 4200 \cdot 0.2 \cdot 80 = 67200 \, \text{Дж}$

2. Парообразование (кипение) всей массы воды при постоянной температуре $t_2 = 100$ °C. Количество теплоты $Q_2$, необходимое для этого этапа, рассчитывается по формуле:

$Q_2 = L \cdot m$

Подставим значения:

$Q_2 = 2.3 \cdot 10^6 \, \frac{\text{Дж}}{\text{кг}} \cdot 0.2 \, \text{кг} = 460000 \, \text{Дж}$

Общее количество теплоты $\text{Q}$ равно сумме теплоты, затраченной на каждом этапе:

$Q = Q_1 + Q_2$

$Q = 67200 \, \text{Дж} + 460000 \, \text{Дж} = 527200 \, \text{Дж} = 527.2 \, \text{кДж}$

Примерный график зависимости температуры воды (T) от полученного количества теплоты (Q):

На графике показаны два участка: первый наклонный участок соответствует нагреванию воды от 20 °C до 100 °C, а второй горизонтальный участок — кипению воды при постоянной температуре 100 °C до полного ее превращения в пар.

Ответ: Потребуется $527200$ Дж (или $527.2$ кДж) теплоты.