Номер 1, страница 81 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

1. Объясните на основе МКТ, как происходит процесс кипения.

1. Решение

Процесс кипения можно объяснить на основе ключевых положений молекулярно-кинетической теории (МКТ), которая описывает вещество как состоящее из непрерывно и хаотично движущихся частиц (молекул, атомов), взаимодействующих друг с другом.

1. Нагревание жидкости. Согласно МКТ, температура тела является мерой средней кинетической энергии его молекул. Когда мы нагреваем жидкость, мы сообщаем ей энергию. Эта энергия поглощается молекулами, в результате чего их средняя кинетическая энергия и, следовательно, скорость движения увеличиваются.

2. Образование центров парообразования. В отличие от испарения, которое происходит с поверхности жидкости при любой температуре, кипение — это интенсивный процесс парообразования, происходящий по всему объёму жидкости. В жидкости всегда присутствуют микроскопические пузырьки растворенного газа или воздуха, а также неровности и трещинки на стенках сосуда. Эти места становятся центрами парообразования.

3. Формирование и рост пузырьков. Наиболее быстрые молекулы, обладающие достаточной кинетической энергией, чтобы преодолеть силы межмолекулярного притяжения, начинают переходить в газообразное состояние не только на поверхности, но и внутри этих центров парообразования, формируя пузырьки насыщенного пара. Внутри такого пузырька устанавливается давление насыщенного пара, которое зависит от температуры.

4. Условие кипения. С ростом температуры жидкости растет и давление насыщенного пара внутри пузырьков. Пузырёк может существовать и расти только в том случае, если давление пара внутри него не меньше, чем давление в окружающей жидкости. Внешнее давление складывается из атмосферного давления над поверхностью жидкости и гидростатического давления столба жидкости. Кипение начинается при такой температуре (называемой температурой кипения), когда давление насыщенного пара внутри пузырьков становится равным или немного превышает внешнее давление: $P_{нас. пара} \geq P_{внешн.}$.

5. Подъем и выход пузырьков. Когда давление внутри пузырька становится достаточным, он начинает увеличиваться в размерах, так как в него продолжают испаряться молекулы из окружающего слоя жидкости. Плотность пара значительно меньше плотности жидкости, поэтому под действием выталкивающей силы Архимеда пузырёк поднимается к поверхности. Достигнув поверхности, он лопается, и содержащийся в нем пар выходит наружу. Этот массовый подъем и выход пузырьков мы и наблюдаем как процесс кипения.

6. Постоянство температуры при кипении. Важной особенностью кипения является то, что температура жидкости в процессе кипения остается постоянной (при постоянном внешнем давлении). Вся подводимая к кипящей жидкости энергия (теплота парообразования) расходуется не на увеличение кинетической энергии молекул (т.е. не на рост температуры), а на работу по разрыву межмолекулярных связей и превращению жидкости в пар. При этом увеличивается потенциальная энергия взаимодействия молекул.

Ответ: На основе МКТ кипение — это процесс интенсивного парообразования по всему объёму жидкости, который начинается при достижении температуры кипения. При этой температуре давление насыщенного пара внутри образующихся в жидкости пузырьков становится равным внешнему давлению. Это позволяет пузырькам расти, подниматься на поверхность под действием силы Архимеда и выпускать пар. Вся подводимая энергия при кипении тратится на разрыв межмолекулярных связей (превращение жидкости в пар), поэтому температура кипящей жидкости остается постоянной.