Страница 85 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

1. На что расходуется количество теплоты, подводимое к жидкости при кипении?

1. При кипении температура жидкости остается постоянной и равной температуре кипения. Вся подводимая к жидкости тепловая энергия расходуется не на увеличение кинетической энергии ее молекул (что привело бы к росту температуры), а на процесс парообразования. Этот процесс включает в себя два основных расхода энергии:

• Преодоление сил межмолекулярного притяжения, которые удерживают частицы вместе в жидком состоянии. Для того чтобы молекулы покинули жидкость и стали частью пара, им необходимо сообщить дополнительную потенциальную энергию, чтобы "оторваться" друг от друга.

• Совершение работы против внешнего давления. При переходе из жидкого состояния в газообразное объем вещества значительно увеличивается. Этот расширяющийся пар совершает работу против сил внешнего давления (например, атмосферного давления).

Таким образом, подводимое при кипении количество теплоты полностью превращается во внутреннюю энергию пара, а именно в потенциальную энергию взаимодействия его молекул, и в работу расширения.

Ответ: Количество теплоты, подводимое к жидкости при кипении, расходуется на ее превращение в пар при постоянной температуре, то есть на разрыв межмолекулярных связей и на совершение работы против внешнего давления.

2. Удельной теплотой парообразования называют физическую величину, которая показывает, какое количество теплоты необходимо сообщить единице массы вещества (например, 1 кг), чтобы полностью превратить его из жидкого состояния в газообразное при постоянной температуре (температуре кипения).

Эту величину обычно обозначают буквой $L$ (или $r$). Количество теплоты $Q$, необходимое для превращения в пар жидкости массой $m$, взятой при температуре кипения, вычисляется по формуле:

$Q = L \cdot m$

где:

• $Q$ – количество теплоты (в Джоулях, Дж)

• $L$ – удельная теплота парообразования (в Джоулях на килограмм, Дж/кг)

• $m$ – масса вещества (в килограммах, кг)

Соответственно, из этой формулы удельную теплоту парообразования можно выразить как $L = \frac{Q}{m}$.

Ответ: Удельная теплота парообразования – это физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо для превращения 1 кг жидкости в пар при температуре кипения.

2. Что называют удельной теплотой парообразования?

Удельная теплота парообразования — это физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты необходимо сообщить веществу массой 1 кг для его полного превращения из жидкого состояния в газообразное (в пар) при постоянной температуре, называемой температурой кипения.

Этот процесс требует энергии, так как необходимо преодолеть силы межмолекулярного притяжения, удерживающие частицы в жидкости, а также совершить работу по расширению вещества против внешнего давления при переходе в газовую фазу.

Удельная теплота парообразования обозначается латинской буквой $L$ (или $r$). Количество теплоты $Q$, необходимое для испарения жидкости массой $m$, уже нагретой до температуры кипения, вычисляется по формуле:

$Q = L \cdot m$

Соответственно, удельную теплоту парообразования можно определить как отношение количества теплоты, поглощенного веществом при парообразовании, к массе этого вещества:

$L = \frac{Q}{m}$

В Международной системе единиц (СИ) удельная теплота парообразования измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг).

Значение удельной теплоты парообразования является уникальной характеристикой для каждого вещества и зависит от внешнего давления (с увеличением давления она уменьшается). Например, для воды при нормальном атмосферном давлении её значение составляет $2,26 \cdot 10^6$ Дж/кг.

Процесс, обратный парообразованию, — конденсация. При конденсации пара в жидкость выделяется точно такое же количество теплоты, которое было поглощено при его образовании. Поэтому величину $L$ также называют удельной теплотой конденсации.

Ответ: Удельная теплота парообразования — это физическая величина, численно равная количеству теплоты, необходимому для превращения 1 кг жидкости в пар при температуре кипения.

3. Какова единица удельной теплоты парообразования?

Удельная теплота парообразования — это физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар при температуре кипения без изменения температуры.

Решение

Для определения единицы измерения удельной теплоты парообразования воспользуемся формулой, связывающей количество теплоты $Q$, необходимое для парообразования, с массой вещества $m$ и удельной теплотой парообразования $L$ (или $r$).

Формула выглядит следующим образом:

$Q = L \cdot m$

Из этой формулы можно выразить удельную теплоту парообразования $L$:

$L = \frac{Q}{m}$

Чтобы определить единицу измерения $L$, необходимо подставить в формулу единицы измерения величин, входящих в неё, в Международной системе единиц (СИ):

• Единица измерения количества теплоты ($Q$) — Джоуль (Дж).
• Единица измерения массы ($m$) — килограмм (кг).

Подставив единицы измерения в выражение для $L$, получаем:

$[L] = \frac{Дж}{кг}$

Таким образом, единица измерения удельной теплоты парообразования — это джоуль на килограмм.

Ответ: Единица удельной теплоты парообразования в системе СИ — Джоуль на килограмм (Дж/кг).

4. Опишите опыт, который показывает, что при конденсации пара выделяется энергия.

3. Удельная теплота парообразования — это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить единице массы вещества, чтобы полностью превратить его из жидкого состояния в газообразное при температуре кипения. Она обозначается буквой $L$ (или $r$).
Единица измерения удельной теплоты парообразования в Международной системе единиц (СИ) выводится из её определения. Так как удельная теплота парообразования $L$ равна отношению количества теплоты $Q$ к массе $m$ ($L = Q/m$), её единица измерения складывается из единицы измерения энергии (Джоуль) и единицы измерения массы (килограмм).
Таким образом, основной единицей является Джоуль на килограмм.
Ответ: Единицей удельной теплоты парообразования в системе СИ является Джоуль на килограмм ($Дж/кг$). Также используются производные единицы, например, килоджоуль на килограмм ($кДж/кг$) или калория на грамм ($кал/г$).

4. Опыт, демонстрирующий выделение энергии при конденсации пара, можно провести следующим образом:
Оборудование: колба с водой и пробкой с газоотводной трубкой, штатив, спиртовка, калориметр (или стакан), холодная вода, термометр, весы.
Ход опыта:
1. В калориметр наливают определенное количество холодной воды и измеряют её массу ($m_1$) и начальную температуру ($t_1$).
2. В колбе кипятят воду, получая водяной пар.
3. Конец газоотводной трубки опускают в калориметр с холодной водой. Пар, проходя через воду, конденсируется, превращаясь в воду, и при этом нагревает воду в калориметре.
4. Через некоторое время пропускание пара прекращают. Воду в калориметре перемешивают и измеряют её конечную температуру ($t_2$).
5. Снова измеряют массу воды в калориметре ($m_2$). Разница масс ($m_2 - m_1$) будет равна массе сконденсировавшегося пара.
Наблюдение и вывод:
Температура воды в калориметре значительно повышается. Это повышение температуры гораздо больше, чем если бы в калориметр добавили такую же массу кипятка (воды при $100^{\circ}C$). Это происходит потому, что пар, конденсируясь, отдает воде не только теплоту, которую он выделяет при остывании от $100^{\circ}C$ до конечной температуры $t_2$, но и огромную энергию, заключенную в нём — удельную теплоту парообразования. Таким образом, опыт наглядно показывает, что процесс конденсации пара сопровождается выделением большого количества энергии.
Ответ: Опыт с пропусканием водяного пара через холодную воду, в результате которого вода значительно нагревается, доказывает, что при конденсации пара выделяется энергия.

5. Количество теплоты, необходимое для превращения жидкости в пар при температуре кипения, рассчитывается по следующей формуле:
$Q = L \cdot m$
где:

• $Q$ — искомое количество теплоты, измеряется в Джоулях (Дж).
• $L$ — удельная теплота парообразования данного вещества. Это табличная величина, которая показывает, сколько энергии требуется для испарения 1 кг вещества. Измеряется в Джоулях на килограмм (Дж/кг).
• $m$ — масса вещества, которое необходимо превратить в пар, измеряется в килограммах (кг).

Эта формула справедлива для случая, когда жидкость уже нагрета до температуры кипения. Если начальная температура жидкости ниже температуры кипения, то сначала нужно рассчитать теплоту, необходимую для её нагрева до кипения, и затем прибавить к ней теплоту парообразования.

Ответ: Количество теплоты, необходимое для парообразования, рассчитывается как произведение удельной теплоты парообразования вещества на его массу: $Q = L \cdot m$.

5. Как рассчитать количество теплоты, необходимое для превращения жидкости в пар при температуре кипения?

5. Количество теплоты, необходимое для превращения жидкости в пар при температуре кипения, рассчитывается с помощью формулы для теплоты парообразования. Процесс превращения жидкости в пар при постоянной температуре (температуре кипения) называется парообразованием. Вся энергия, сообщаемая жидкости в этот момент, идет не на ее нагрев, а на разрушение межмолекулярных связей и совершение работы по расширению, что необходимо для перехода вещества из жидкого состояния в газообразное.

Формула для расчета количества теплоты при парообразовании выглядит следующим образом:

$Q = L \cdot m$

Расшифровка обозначений в формуле:

$Q$ – количество теплоты, необходимое для парообразования. Измеряется в Джоулях (Дж).

$L$ – удельная теплота парообразования. Это физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты требуется для превращения 1 кг жидкости в пар при температуре кипения. Удельная теплота парообразования является постоянной величиной для каждого конкретного вещества и определяется по справочным таблицам. Единица измерения – Дж/кг (Джоуль на килограмм).

$m$ – масса жидкости, которую необходимо превратить в пар. Измеряется в килограммах (кг).

Таким образом, для расчета необходимого количества теплоты нужно умножить удельную теплоту парообразования вещества на массу этого вещества.

Ответ: Количество теплоты ($Q$), необходимое для превращения жидкости в пар при температуре кипения, рассчитывается по формуле $Q = L \cdot m$, где $L$ – удельная теплота парообразования вещества, а $m$ – масса жидкости.