Вариант 7, страница 74 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-5. Испарение и конденсация. Влажность воздуха. Кипение - страница 74.

Условие.

Вариант 7

1. Почему после жаркого дня вечером и ночью над рекой часто образуется туман?

2. Как известно, после дождя цветы начинают пахнуть сильнее. Объясните это явление.

3. Определите количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг воды, взятой при температуре $0 \text{ °C}$, в стоградусный пар. Начертите примерный график процессов, происходящих с водой.

Решение.

1. Почему после жаркого дня вечером и ночью над рекой часто образуется туман?

Это явление объясняется разницей в теплоемкости воды и суши, а также процессами испарения и конденсации. Днем под воздействием солнечных лучей и вода в реке, и суша нагреваются. Однако вода обладает значительно большей удельной теплоемкостью, чем почва, поэтому она нагревается медленнее, но накапливает большое количество теплоты. В то же время с поверхности воды происходит интенсивное испарение, насыщая воздух над рекой водяным паром.

Вечером и ночью суша и воздух над ней быстро остывают. Вода же, благодаря своей высокой теплоемкости, остывает гораздо медленнее и остается теплой. Теплый воздух над поверхностью реки, насыщенный водяным паром, поднимается вверх и соприкасается с более холодными слоями воздуха, пришедшими с остывшей суши. При охлаждении этого влажного воздуха его относительная влажность достигает 100%, и он больше не может удерживать влагу в виде пара. Избыточный водяной пар конденсируется, образуя мельчайшие капельки воды, которые мы и видим как туман.

Ответ: Туман над рекой образуется из-за конденсации насыщенного водяного пара, который поднимается от теплой воды и охлаждается при контакте с холодным воздухом, опустившимся с быстро остывшей суши.

2. Как известно, после дождя цветы начинают пахнуть сильнее. Объясните это явление.

Усиление запаха цветов после дождя связано с несколькими физическими и химическими факторами. Во-первых, после дождя значительно повышается влажность воздуха. Молекулы воды в воздухе связываются с летучими ароматическими соединениями, которые выделяют цветы. Это делает молекулы запаха тяжелее и не позволяет им быстро подниматься и рассеиваться в атмосфере. В результате концентрация ароматических веществ в приземном слое воздуха увеличивается, и мы ощущаем запах сильнее.

Во-вторых, падающие капли дождя могут механически воздействовать на растения, повреждая клеточные структуры на поверхности лепестков и листьев, что способствует более интенсивному высвобождению пахучих веществ. В-третьих, высокая влажность воздуха также улучшает работу наших обонятельных рецепторов в носу, делая нас более восприимчивыми к запахам.

Ответ: Запах цветов после дождя усиливается из-за высокой влажности воздуха, которая удерживает ароматические молекулы у земли, а также из-за механического высвобождения пахучих веществ при ударе капель и повышения чувствительности нашего обоняния.

3. Определите количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг воды, взятой при температуре 0 °С, в стоградусный пар. Начертите примерный график процессов, происходящих с водой.

Дано:
Масса воды, $m = 1$ кг
Начальная температура воды, $t_1 = 0$ °С
Конечная температура пара, $t_2 = 100$ °С
Удельная теплоемкость воды, $c = 4200$ Дж/(кг·°С)
Удельная теплота парообразования воды, $L = 2,3 \cdot 10^6$ Дж/кг

Все данные представлены в системе СИ или совместимы с ней (для разности температур $\text{1}$ °C = $\text{1}$ К).

Найти:

Общее количество теплоты, $Q_{общ}$

Решение

Процесс превращения воды при 0 °С в пар при 100 °С состоит из двух этапов:
1. Нагревание воды от 0 °С до температуры кипения 100 °С.
2. Парообразование (кипение) всей массы воды при постоянной температуре 100 °С.

1. Количество теплоты, необходимое для нагревания воды, вычисляется по формуле:
$Q_1 = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1)$
Подставляем значения:
$Q_1 = 4200 \frac{Дж}{кг \cdot °С} \cdot 1 \, кг \cdot (100 \, °С - 0 \, °С) = 4200 \cdot 100 = 420000 \, Дж = 4,2 \cdot 10^5 \, Дж$.

2. Количество теплоты, необходимое для превращения нагретой воды в пар, вычисляется по формуле:
$Q_2 = L \cdot m$
Подставляем значения:
$Q_2 = 2,3 \cdot 10^6 \frac{Дж}{кг} \cdot 1 \, кг = 2,3 \cdot 10^6 \, Дж$.

3. Общее количество теплоты равно сумме теплоты, затраченной на каждом этапе:
$Q_{общ} = Q_1 + Q_2$
$Q_{общ} = 4,2 \cdot 10^5 \, Дж + 2,3 \cdot 10^6 \, Дж = 0,42 \cdot 10^6 \, Дж + 2,3 \cdot 10^6 \, Дж = 2,72 \cdot 10^6 \, Дж$.

Примерный график зависимости температуры воды ($\text{T}$, °С) от полученного количества теплоты ($\text{Q}$, Дж):

На графике видно два участка:
- Первый наклонный участок (Нагревание воды) соответствует процессу нагревания воды от 0 °С до 100 °С. Температура растет линейно с увеличением количества подводимой теплоты.
- Второй горизонтальный участок (Кипение воды) соответствует процессу кипения. Температура остается постоянной (100 °С), пока вся вода не превратится в пар. Вся подводимая теплота идет на разрыв межмолекулярных связей.

Ответ: $2,72 \cdot 10^6$ Дж.