Вариант 4, 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 4

1. Почему в нейлоновой и капроновой одежде трудно переносить жару?

2. Почему в зимнее время у человека волосы во время пребывания на улице покрываются инеем?

3. Для получения раннего урожая грунт утепляют паром. Определите количество теплоты, которое выделит 14 кг стоградусного пара при конденсации и охлаждении до 30 °С. Начертите примерный график процессов, происходящих с паром.

Решение.

1. Почему в нейлоновой и капроновой одежде трудно переносить жару?

В жаркую погоду организм человека охлаждается за счет испарения пота с поверхности кожи. Для эффективного охлаждения одежда должна хорошо пропускать воздух и впитывать влагу (пот), позволяя ей испаряться. Нейлон и капрон — это синтетические материалы, которые обладают низкой гигроскопичностью (плохо впитывают влагу) и низкой воздухопроницаемостью. Из-за этого они мешают естественному процессу терморегуляции. Пот не испаряется, а остается на коже, создавая влажный и теплый слой между телом и одеждой, что приводит к перегреву организма и ощущению дискомфорта.

Ответ: Нейлоновая и капроновая одежда плохо пропускает воздух и не впитывает пот, что нарушает естественный процесс охлаждения тела за счет испарения и приводит к перегреву.

2. Почему в зимнее время у человека волосы во время пребывания на улице покрываются инеем?

Человек выдыхает теплый воздух, насыщенный водяным паром. В зимнее время на улице температура воздуха и, соответственно, волос человека отрицательна (ниже $\text{0}$ °C). Когда теплый и влажный выдыхаемый воздух соприкасается с холодными волосами, содержащийся в нем водяной пар резко охлаждается. При этом происходит процесс десублимации (или кристаллизации) — пар переходит непосредственно в твердое состояние (лед), минуя жидкую фазу. В результате на волосах образуются мелкие кристаллики льда, которые мы видим как иней.

Ответ: Иней на волосах образуется из-за кристаллизации (десублимации) водяного пара из теплого выдыхаемого воздуха при его соприкосновении с холодными волосами.

3. Для получения раннего урожая грунт утепляют паром. Определите количество теплоты, которое выделит 14 кг стоградусного пара при конденсации и охлаждении до 30 °C. Начертите примерный график процессов, происходящих с паром.

Дано:
Масса пара $m = 14$ кг
Начальная температура пара $t_1 = 100$ °C
Конечная температура воды $t_2 = 30$ °C
Удельная теплота парообразования воды $L \approx 2.3 \cdot 10^6$ Дж/кг
Удельная теплоемкость воды $c = 4200$ Дж/(кг·°C)

Величины даны в системе СИ или в единицах, совместимых для расчетов (градусы Цельсия для разности температур). Перевод в Кельвины для разности температур не требуется, так как $\Delta t(^{\circ}\text{C}) = \Delta T(\text{K})$.

Найти:

$Q_{общ}$ — ?

Решение:

Процесс выделения теплоты состоит из двух этапов:
1. Конденсация пара в воду при постоянной температуре $t_1 = 100$ °C.
2. Охлаждение образовавшейся воды от $t_1 = 100$ °C до $t_2 = 30$ °C.

1. Количество теплоты $Q_1$, выделившееся при конденсации пара, вычисляется по формуле:
$Q_1 = L \cdot m$
$Q_1 = 2.3 \cdot 10^6 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}} \cdot 14 \text{ кг} = 32.2 \cdot 10^6 \text{ Дж} = 32.2$ МДж.

2. Количество теплоты $Q_2$, выделившееся при охлаждении воды, вычисляется по формуле:
$Q_2 = c \cdot m \cdot (t_1 - t_2)$
$Q_2 = 4200 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}} \cdot 14 \text{ кг} \cdot (100 \text{ °C} - 30 \text{ °C}) = 58800 \frac{\text{Дж}}{\text{°C}} \cdot 70 \text{ °C} = 4116000 \text{ Дж} = 4.116$ МДж.

3. Общее количество теплоты $Q_{общ}$ равно сумме теплоты, выделившейся на каждом этапе:
$Q_{общ} = Q_1 + Q_2$
$Q_{общ} = 32.2 \cdot 10^6 \text{ Дж} + 4.116 \cdot 10^6 \text{ Дж} = 36.316 \cdot 10^6 \text{ Дж}$.

Примерный график процессов:
График представляет собой зависимость температуры $\text{T}$ (ось ординат, в °C) от выделившегося количества теплоты $\text{Q}$ (ось абсцисс, в Дж). Он состоит из двух участков:
1. Конденсация пара: Горизонтальная линия на уровне $T = 100$ °C. Она соответствует процессу конденсации, который происходит при постоянной температуре. Этот участок идет от точки ($Q=0, T=100$) до ($Q=32.2 \cdot 10^6 \text{ Дж}, T=100 \text{ °C}$).
2. Охлаждение воды: Наклонная прямая, идущая вниз. Она соответствует процессу охлаждения воды от $100$ °C до $\text{30}$ °C. Этот участок начинается там, где закончился первый, и заканчивается в точке ($Q=36.316 \cdot 10^6 \text{ Дж}, T=30 \text{ °C}$).

Ответ: выделится $36.316 \cdot 10^6$ Дж (или $36.316$ МДж) теплоты.