Номер 2, страница 69 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Задание 11. § 18. Испарение. Конденсация. Насыщенный и ненасыщенный пар. Глава 1. Тепловые явления - номер 2, страница 69.

2*. Возьмите шприц, наполните его горячей водой так, чтобы и маленького пузырька воздуха не было под поршнем (рис. 35, а). Заткните отверстие шприца пальцем и выдвигайте поршень. Что образуется в пространстве между водой и поршнем? Опишите ваши ощущения во время этого опыта. Постарайтесь запомнить, как менялась сила, с которой надо было вытаскивать поршень.

Повторите эксперимент, используя вместо воды такой же объём воздуха (рис. 35, б). Удалось ли вам обнаружить разницу в ощущениях? Попробуйте объяснить результат.

Эксперимент с горячей водой (рис. 35, а)

Когда мы затыкаем отверстие шприца, наполненного горячей водой без пузырьков воздуха, и начинаем выдвигать поршень, мы увеличиваем объём пространства над водой. Поскольку вода является практически несжимаемой жидкостью, она не может расшириться и заполнить этот новый объём. В результате в пространстве между поршнем и поверхностью воды создаётся область очень низкого давления, близкого к вакууму.

Температура кипения жидкости зависит от давления над её поверхностью: чем ниже давление, тем при более низкой температуре она закипает. Горячая вода уже имеет достаточно высокую температуру. При резком понижении давления она начинает интенсивно кипеть. Этот процесс называется парообразованием. Таким образом, пространство между водой и поршнем заполняется водяным паром.

Ощущения и изменение силы: С самого начала выдвигать поршень очень тяжело. Это связано с тем, что на поршень снаружи давит атмосфера с силой, равной произведению атмосферного давления $p_{атм}$ на площадь поршня $S$. Внутри шприца давление очень низкое (оно равно давлению насыщенного пара воды $p_{нп}$ при данной температуре), поэтому сила, противодействующая нашему усилию, велика. По мере выдвижения поршня вода продолжает испаряться, и пространство заполняется насыщенным водяным паром, давление которого $p_{нп}$ остаётся постоянным (пока в шприце есть жидкая вода и её температура не меняется). Давление насыщенного пара горячей воды значительно меньше атмосферного давления. Поэтому для удержания поршня в выдвинутом положении требуется прикладывать почти постоянную и значительную силу. Ощущается сильное, практически не меняющееся сопротивление, как будто поршень "присасывается" обратно.

Ответ: В пространстве между водой и поршнем образуется водяной пар в результате кипения воды при пониженном давлении. Выдвигать поршень очень трудно, так как приходится преодолевать силу атмосферного давления. Сила, необходимая для выдвижения поршня, велика с самого начала и почти не меняется по мере его движения.

Эксперимент с воздухом (рис. 35, б) и сравнение результатов

Когда мы повторяем эксперимент с воздухом, ситуация кардинально меняется. Воздух, в отличие от воды, является газом и легко сжимаем и расширяем. Когда мы затыкаем отверстие шприца с воздухом и выдвигаем поршень, объём, занимаемый воздухом, увеличивается. Согласно закону Бойля–Мариотта, при постоянной температуре произведение давления газа на его объём остаётся постоянным ($p \cdot V = const$). Следовательно, при увеличении объёма $V$ давление воздуха $p$ внутри шприца уменьшается.

Ощущения и изменение силы: В начальный момент, когда мы только начинаем тянуть поршень, давление внутри шприца равно атмосферному, и сила, которую нужно приложить, равна нулю. По мере выдвижения поршня объём воздуха растёт, давление внутри падает, и возникает разность давлений между внешней средой и внутренней полостью шприца ($p_{атм} - p_{внутр}$). Эта разность давлений создаёт силу, противодействующую движению поршня. Чем дальше мы выдвигаем поршень, тем больше увеличивается объём, тем ниже становится давление внутри, а значит, тем большую силу нужно прикладывать. Таким образом, ощущается, что выдвигать поршень с воздухом гораздо легче, чем с водой, и сопротивление плавно нарастает по мере движения.

Разница в ощущениях и её объяснение: Да, разница в ощущениях очень существенна. Главные отличия заключаются в следующем: во-первых, в величине силы — в эксперименте с водой сила сопротивления очень велика с самого начала, а в эксперименте с воздухом она намного меньше. Во-вторых, в характере изменения силы — с водой сила практически постоянна, а с воздухом она плавно нарастает от нуля. Объясняется эта разница фундаментальными свойствами веществ: вода — практически несжимаемая жидкость, а воздух — легко расширяемый газ. В первом случае мы создаём вакуум, и на поршень действует почти вся сила атмосферного давления. Во втором случае мы просто расширяем газ, и сила определяется постепенным уменьшением его давления.

Ответ: Да, разницу в ощущениях обнаружить удалось. Выдвигать поршень с воздухом намного легче, чем с водой. Сила сопротивления в случае с воздухом нарастает плавно от нуля, в то время как в случае с водой она велика с самого начала и почти не меняется. Это объясняется тем, что воздух (газ) легко расширяется при увеличении объёма, а вода (жидкость) практически несжимаема, и при попытке увеличить объём над ней образуется пространство с очень низким давлением (заполненное водяным паром), из-за чего на поршень действует большая сила атмосферного давления.