Вариант 3, 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 3

1. Исследования показывают, что человек начинает ощущать перегрев тела во влажном воздухе при температуре $30^{\circ}\text{C}$, а в сухом — при температуре $40^{\circ}\text{C}$. Почему в сухом воздухе легче переносится жара?

2. Пар и полученная при его конденсации вода состоят из одинаковых молекул. Чем отличается водяной пар от воды?

3. Какое количество теплоты потребуется для обращения в пар эфира, взятого при температуре $35^{\circ}\text{C}$, если его масса $20\text{ г}$? Начертите примерный график процессов, происходящих с эфиром.

Решение.

1. Исследования показывают, что человек начинает ощущать перегрев тела во влажном воздухе при температуре 30 °C, а в сухом — при температуре 40 °C. Почему в сухом воздухе легче переносится жара?

Основной механизм терморегуляции человеческого тела в жару — это потоотделение. При испарении пота с поверхности кожи тело отдает теплоту и охлаждается, так как испарение — это эндотермический процесс, требующий энергии (скрытой теплоты парообразования), которая забирается у тела.

Скорость испарения напрямую зависит от влажности окружающего воздуха.

В сухом воздухе концентрация водяного пара низка. Это создает большой градиент влажности между поверхностью кожи, покрытой потом, и воздухом. Благодаря этому пот испаряется интенсивно, обеспечивая эффективное охлаждение организма. Поэтому человек может переносить более высокие температуры без перегрева.

Во влажном воздухе, наоборот, пространство уже насыщено или близко к насыщению водяным паром. Это значительно замедляет или даже прекращает процесс испарения пота с кожи. Поскольку механизм охлаждения нарушен, теплоотдача затруднена, и тело начинает перегреваться уже при более низких температурах.

Ответ: В сухом воздухе жара переносится легче, потому что пот с поверхности кожи испаряется быстрее, что обеспечивает эффективное охлаждение организма. Во влажном воздухе процесс испарения затруднен, из-за чего охлаждение тела происходит значительно медленнее, и перегрев наступает при более низкой температуре.

2. Пар и полученная при его конденсации вода состоят из одинаковых молекул. Чем отличается водяной пар от воды?

Хотя водяной пар и вода состоят из одних и тех же молекул ($H_2O$), они представляют собой разные агрегатные состояния вещества (газообразное и жидкое соответственно) и отличаются по нескольким ключевым параметрам:

- Расстояние между молекулами: В воде (жидкость) молекулы расположены близко друг к другу, практически вплотную. В водяном паре (газ) среднее расстояние между молекулами во много раз превышает размеры самих молекул.

- Характер движения и взаимодействия молекул: В воде молекулы совершают колебательные движения около положения равновесия и могут перескакивать с одного места на другое, при этом они связаны силами межмолекулярного притяжения. В паре молекулы движутся хаотично и поступательно, сталкиваясь друг с другом, а силы притяжения между ними пренебрежимо малы из-за больших расстояний.

- Внутренняя энергия: При одинаковой температуре (например, 100 °C) внутренняя энергия пара значительно больше внутренней энергии воды. Это различие обусловлено в основном большей потенциальной энергией взаимодействия молекул в паре, так как была совершена работа по преодолению сил межмолекулярного притяжения при переходе из жидкого состояния в газообразное.

Ответ: Водяной пар отличается от воды агрегатным состоянием, расстоянием между молекулами, характером их движения и взаимодействия, а также большей внутренней (в частности, потенциальной) энергией.

3. Какое количество теплоты потребуется для обращения в пар эфира, взятого при температуре 35 °C, если его масса 20 г? Начертите примерный график процессов, происходящих с эфиром.

Дано

$m = 20 \text{ г}$
$t = 35 \text{ °C}$
Температура кипения диэтилового эфира $t_{кип} \approx 34.6 \text{ °C}$.
Удельная теплота парообразования эфира $L = 3.5 \cdot 10^5 \text{ Дж/кг}$ (табличное значение).

Перевод в систему СИ:

$m = 20 \text{ г} = 0.02 \text{ кг}$

Найти:

$\text{Q}$

Решение

Поскольку начальная температура эфира (35 °C) практически равна его температуре кипения (≈34.6 °C), можно считать, что эфир уже находится при температуре кипения. Следовательно, вся подводимая теплота пойдет на процесс парообразования (переход из жидкого состояния в газообразное), без предварительного нагрева.

Количество теплоты, необходимое для парообразования, вычисляется по формуле:

$Q = L \cdot m$

Подставим числовые значения:

$Q = 3.5 \cdot 10^5 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}} \cdot 0.02 \text{ кг} = 7000 \text{ Дж} = 7 \text{ кДж}$

График процесса парообразования в координатах T(Q), где T — температура, а Q — подведенное количество теплоты, будет представлять собой горизонтальную линию, так как температура в процессе кипения не меняется.

На графике по оси ординат отложена температура T в °C, а по оси абсцисс — количество теплоты Q в Дж. Процесс происходит при постоянной температуре $T = 35 \text{ °C}$ по мере подведения теплоты от 0 до 7000 Дж.

Ответ: Для обращения в пар 20 г эфира при температуре 35 °C потребуется 7000 Дж (или 7 кДж) теплоты.