Номер 250, страница 41 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Испарение. Насыщенный и ненасыщенный пар. Кипение - номер 250, страница 41.

Условие.

250. Почему ожоги от стоградусного водяного пара сильнее, чем от кипятка?

Решение.

Ожоги от стоградусного водяного пара сильнее, чем от кипятка (воды при той же температуре), так как при контакте с кожей пар передает ей значительно большее количество теплоты, чем вода той же массы.

Этот процесс можно разделить на два этапа для пара, и один — для кипятка.

1. Теплопередача от кипятка.
Когда на кожу попадает кипяток с температурой 100°C, он начинает остывать, отдавая свою тепловую энергию. Количество теплоты, которое передается коже от воды массой $\text{m}$, рассчитывается по формуле для охлаждения:
$Q_{вода} = c \cdot m \cdot (t_{кипения} - t_{кожи})$
где $\text{c}$ — удельная теплоемкость воды, $t_{кипения} = 100°C$, а $t_{кожи}$ — температура поверхности кожи.

2. Теплопередача от водяного пара.
Когда на кожу попадает пар с температурой 100°C, он отдает тепло в два этапа:
а) Конденсация. Сначала пар переходит из газообразного состояния в жидкое, то есть конденсируется в воду с температурой 100°C. Этот фазовый переход сопровождается выделением большого количества энергии, называемой теплотой парообразования. Это количество теплоты равно:
$Q_{конденсация} = L \cdot m$
где $\text{L}$ — удельная теплота парообразования воды ($L \approx 2,3 \times 10^6$ Дж/кг).
б) Охлаждение. Образовавшаяся в результате конденсации вода (кипяток) с температурой 100°C затем остывает, передавая коже дополнительную теплоту, так же, как и в первом случае:
$Q_{охлаждение} = c \cdot m \cdot (t_{кипения} - t_{кожи})$

Таким образом, общее количество теплоты, полученное кожей от пара, равно сумме теплоты конденсации и теплоты охлаждения:
$Q_{пар} = Q_{конденсация} + Q_{охлаждение} = L \cdot m + c \cdot m \cdot (t_{кипения} - t_{кожи})$

Сравнивая $Q_{вода}$ и $Q_{пар}$, видно, что пар передает коже значительно большее количество энергии за счет теплоты конденсации ($L \cdot m$). Эта дополнительная энергия и является причиной более сильных и глубоких ожогов.

Ответ: При одинаковой температуре 100°C водяной пар содержит значительно больше внутренней энергии, чем равная ему по массе вода (кипяток). При контакте с телом пар сначала конденсируется, превращаясь в воду и выделяя при этом большое количество теплоты (теплоту парообразования). Только после этого получившаяся горячая вода начинает остывать. Кипяток же отдает тепло только в процессе остывания. Из-за этой дополнительной энергии, выделяющейся при конденсации, ожог от пара получается намного сильнее.