Вариант 8, 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 8

1. Если кратковременно коснуться мокрым пальцем горячего утюга, то мы не чувствуем ожог. Почему?

2. Почему в бане нам кажется жарче, чем в комнате, где воздух нагрет до той же температуры?

3. Определите количество теплоты, которое необходимо для нагревания и дальнейшего обращения в пар $\text{1}$ кг ртути, взятой при температуре $17 ^{\circ}\text{C}$. Начертите примерный график процессов, происходящих с ртутью.

Решение.

1. Если кратковременно коснуться мокрым пальцем горячего утюга, то мы не чувствуем ожог. Почему?

Это явление объясняется эффектом Лейденфроста. Когда мокрый палец касается раскаленной поверхности утюга, вода на пальце мгновенно закипает. На процесс испарения (парообразования) тратится большое количество теплоты, которое забирается у утюга. Что еще более важно, между пальцем и поверхностью утюга образуется тонкий слой водяного пара. Этот слой пара обладает очень низкой теплопроводностью и действует как теплоизолятор, защищая кожу от прямого контакта с горячей поверхностью. Из-за этой паровой прослойки тепло от утюга передается к пальцу очень медленно, и за короткое время контакта кожа не успевает нагреться до температуры ожога.

Ответ: Мы не чувствуем ожог из-за образования между пальцем и утюгом изолирующей прослойки водяного пара, которая резко снижает скорость передачи тепла к коже.

2. Почему в бане нам кажется жарче, чем в комнате, где воздух нагрет до той же температуры?

Основная причина заключается в высокой влажности воздуха в бане. Человеческий организм охлаждается в основном за счет испарения пота с поверхности кожи. В сухом воздухе комнаты (при низкой влажности) пот испаряется легко и быстро, эффективно отводя тепло от тела. В бане воздух насыщен водяным паром (высокая влажность), что значительно замедляет или почти прекращает процесс испарения пота. Поскольку естественный механизм охлаждения тела нарушен, теплоотдача от организма резко снижается. Кроме того, влажный воздух обладает большей теплопроводностью по сравнению с сухим, что способствует более интенсивному притоку тепла от окружающего воздуха к телу. Сочетание этих двух факторов — затрудненное испарение пота и более интенсивная теплопередача к телу — приводит к тому, что в бане при той же температуре нам кажется значительно жарче.

Ответ: В бане кажется жарче из-за высокой влажности, которая препятствует охлаждению тела за счет испарения пота и увеличивает теплоотдачу от воздуха к телу.

3. Определите количество теплоты, которое необходимо для нагревания и дальнейшего обращения в пар 1 кг ртути, взятой при температуре 17 °C. Начертите примерный график процессов, происходящих с ртутью.

Дано:
Масса ртути, $m = 1$ кг
Начальная температура ртути, $t_1 = 17 \text{ °C}$
Удельная теплоемкость ртути (из справочника), $c = 140 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}}$
Температура кипения ртути (из справочника), $t_{кип} = 357 \text{ °C}$
Удельная теплота парообразования ртути (из справочника), $L = 2.96 \cdot 10^5 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}}$

Найти:

Общее количество теплоты, $Q_{общ}$

Решение

Процесс состоит из двух этапов:
1. Нагревание жидкой ртути от начальной температуры $t_1$ до температуры кипения $t_{кип}$.
2. Испарение (превращение в пар) всей массы ртути при температуре кипения.

Количество теплоты, необходимое для нагревания ртути, вычисляется по формуле:
$Q_1 = c \cdot m \cdot (t_{кип} - t_1)$
Подставим числовые значения:
$Q_1 = 140 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{°C}} \cdot 1 \text{ кг} \cdot (357 \text{ °C} - 17 \text{ °C}) = 140 \cdot 340 \text{ Дж} = 47600 \text{ Дж}$

Количество теплоты, необходимое для превращения ртути в пар при температуре кипения, вычисляется по формуле:
$Q_2 = L \cdot m$
Подставим числовые значения:
$Q_2 = 2.96 \cdot 10^5 \frac{\text{Дж}}{\text{кг}} \cdot 1 \text{ кг} = 296000 \text{ Дж}$

Общее количество теплоты равно сумме теплоты, затраченной на каждом этапе:
$Q_{общ} = Q_1 + Q_2$
$Q_{общ} = 47600 \text{ Дж} + 296000 \text{ Дж} = 343600 \text{ Дж} = 343.6 \text{ кДж}$

Примерный график зависимости температуры ртути (T) от полученного количества теплоты (Q):
На графике по оси ординат (вертикальной) откладывается температура T в °C, а по оси абсцисс (горизонтальной) — количество теплоты Q в кДж. График состоит из двух участков: наклонного (нагревание) и горизонтального (кипение).

Ответ: Необходимо 343600 Дж (или 343.6 кДж) теплоты.