Номер 1, страница 78 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

1. Один фантазёр утверждал, что он изобрёл жидкость, которая испаряется тем быстрее, чем ниже её температура. Может ли быть такое?

1. Такое утверждение противоречит фундаментальным законам физики, в частности, молекулярно-кинетической теории и термодинамике. Рассмотрим процесс испарения с точки зрения этих теорий.

Решение

Испарение — это процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, который происходит с поверхности жидкости. Молекулы в жидкости находятся в непрерывном хаотическом движении, и их кинетические энергии различны. Чтобы покинуть жидкость, молекула у поверхности должна обладать достаточной кинетической энергией, чтобы преодолеть силы межмолекулярного притяжения, удерживающие ее в объеме жидкости.

Температура вещества является мерой средней кинетической энергии его молекул. При повышении температуры средняя кинетическая энергия молекул возрастает. Это означает, что увеличивается число молекул, обладающих энергией, достаточной для преодоления межмолекулярных сил. В результате большее количество молекул покидает поверхность жидкости в единицу времени, и скорость испарения растет.

И наоборот, при понижении температуры средняя кинетическая энергия молекул уменьшается. Соответственно, уменьшается и доля "быстрых" молекул, способных вырваться с поверхности. Как следствие, скорость испарения снижается.

Эта зависимость описывается, например, уравнением Клаузиуса-Клапейрона, которое связывает давление насыщенного пара (от которого напрямую зависит скорость испарения в открытом сосуде) с температурой. Для всех известных веществ давление насыщенного пара (и, следовательно, скорость испарения) экспоненциально возрастает с температурой. Упрощенно, эта зависимость выглядит так: $P_{sat} \approx A \cdot e^{-\frac{\Delta H_{vap}}{RT}}$, где $P_{sat}$ — давление насыщенного пара, $T$ — абсолютная температура, $\Delta H_{vap}$ — молярная теплота парообразования (величина положительная, так как на испарение нужно затратить энергию), $R$ — универсальная газовая постоянная, $A$ — константа. Из этой формулы видно, что с уменьшением температуры $T$ показатель экспоненты становится более отрицательным, и значение $P_{sat}$ (а с ним и скорость испарения) уменьшается.

Таким образом, утверждение фантазёра о существовании жидкости, которая испаряется быстрее при охлаждении, нарушает основные принципы физики. Для этого потребовалось бы, чтобы при охлаждении кинетическая энергия молекул возрастала, что является определением нагревания, а не охлаждения. Либо теплота парообразования должна была бы быть отрицательной, что означало бы выделение энергии при испарении, чего также не наблюдается.

Ответ: Нет, такое невозможно. Скорость испарения любой жидкости всегда увеличивается с ростом температуры и уменьшается с ее понижением, так как температура напрямую связана с кинетической энергией молекул, необходимой для преодоления межмолекулярных сил.