Номер 291, страница 46 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Испарение. Насыщенный и ненасыщенный пар. Кипение - номер 291, страница 46.

Условие.

► 291. В шприце с водой быстро потяните поршень. Почему вода закипает?

Решение.

Решение

Кипение — это процесс интенсивного парообразования, который происходит по всему объёму жидкости, когда давление её насыщенного пара становится равным или превышает внешнее давление над её поверхностью. Температура, при которой это происходит, называется температурой кипения. Для воды при нормальном атмосферном давлении (около 101,3 кПа) температура кипения составляет 100°C.

Когда поршень шприца, наполненного водой и с закрытым выходным отверстием, быстро оттягивают, объём пространства над водой резко увеличивается. При этом количество воздуха и водяного пара в этом замкнутом пространстве остаётся практически неизменным. В результате давление внутри шприца сильно падает, становясь значительно ниже атмосферного.

Давление насыщенного пара любой жидкости зависит от её температуры — чем выше температура, тем выше давление пара. Однако даже при комнатной температуре (например, 20-25°C) вода испаряется, и её насыщенный пар имеет определённое, отличное от нуля, давление (при 20°C оно составляет около 2,3 кПа). Если внешнее давление над поверхностью воды опустить до этого значения или ниже, вода начнёт кипеть. Общее условие кипения можно записать как:

$p_{внешнее} \le p_{насыщенного \ пара}$

Именно это и происходит в эксперименте со шприцем. Давление внутри падает настолько, что становится меньше давления насыщенного пара воды при текущей комнатной температуре. В результате вода начинает бурно кипеть без какого-либо нагревания. Этот феномен также известен как "холодное кипение".

Ответ: При быстром вытягивании поршня шприца давление над водой внутри него резко падает. Кипение жидкости начинается тогда, когда давление её насыщенного пара становится равным или больше внешнего давления. Из-за сильного падения давления внутри шприца это условие выполняется даже при комнатной температуре, и вода закипает без нагрева.