Номер 19, страница 19 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-8. Испарение и конденсация. Влажность воздуха. Кипение - номер 19, страница 19.

Условие.

19. a) Нагреется ли вода до более высокой температуры, если она будет дольше кипеть?

б) Почему, пока жидкость не кипит, пузырьки пара, образующиеся у горячего дна сосуда, поднимаясь вверх, снова уменьшаются в размере?

в) Можно ли вскипятить воду, подогревая её паром, имеющим температуру $100 \text{ °C}$?

Решение.

а) Нагреется ли вода до более высокой температуры, если она будет дольше кипеть?

Нет, температура воды во время кипения не поднимется выше температуры кипения, которая при нормальном атмосферном давлении составляет 100 °C. Кипение — это процесс фазового перехода из жидкого состояния в газообразное. Вся подводимая к воде дополнительная тепловая энергия расходуется не на увеличение средней кинетической энергии её молекул (что привело бы к росту температуры), а на преодоление сил межмолекулярного притяжения и превращение воды в пар. Эта энергия называется теплотой парообразования. Пока вся вода не выкипит, её температура будет оставаться постоянной и равной 100 °C. Более длительное кипячение приведёт лишь к тому, что большее количество воды превратится в пар.

Ответ: Нет, температура кипящей воды останется постоянной (100 °C при нормальном давлении) независимо от продолжительности кипения.

б) Почему, пока жидкость не кипит, пузырьки пара, образующиеся у горячего дна сосуда, поднимаясь вверх, снова уменьшаются в размере?

Это явление объясняется неравномерным прогревом воды в сосуде. Дно сосуда нагревается от источника тепла, и придонный слой воды может достичь температуры кипения (100 °C) раньше, чем весь остальной объём жидкости. В этом горячем слое образуются маленькие пузырьки водяного пара. Плотность пара меньше плотности воды, поэтому под действием выталкивающей силы Архимеда пузырьки начинают подниматься вверх. Попадая в верхние, более холодные слои воды, горячий пар внутри пузырьков отдает тепло окружающей жидкости. В результате этого пар охлаждается и конденсируется, то есть снова переходит в жидкое состояние. Процесс конденсации приводит к резкому уменьшению объёма пузырька, он «схлопывается» и исчезает, не достигнув поверхности. Это явление сопровождается характерным шумом, который предшествует закипанию.

Ответ: Пузырьки пара уменьшаются в размере, потому что, поднимаясь в более холодные верхние слои воды, пар внутри них конденсируется, снова превращаясь в жидкость.

в) Можно ли вскипятить воду, подогревая её паром, имеющим температуру 100 °C?

Нет, при нормальном атмосферном давлении вскипятить воду, используя для её нагрева пар с температурой 100 °C, невозможно. Можно лишь нагреть воду до температуры 100 °C. Процесс теплопередачи происходит только при наличии разности температур, причём теплота всегда передаётся от тела с более высокой температурой к телу с более низкой. Когда пар с температурой 100 °C контактирует с холодной водой, он конденсируется, выделяя при этом значительное количество энергии (теплоту парообразования), которая идёт на нагрев воды. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока температура воды не достигнет 100 °C. В этот момент температуры воды и пара станут одинаковыми, наступит тепловое равновесие, и теплообмен между ними прекратится. Для того чтобы вода закипела (то есть начался процесс парообразования по всему объёму), ей необходимо продолжать сообщать энергию. Но так как источник тепла (пар) имеет ту же температуру, что и нагретая вода, дальнейшая передача тепла невозможна.

Ответ: Нет, паром с температурой 100 °C можно только нагреть воду до 100 °C, но не вскипятить её, так как для кипения необходим дальнейший подвод теплоты, а он невозможен при отсутствии разности температур.