Номер 2, страница 121 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 4. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 30. Кипение. Удельная теплота парообразования. Вопросы для самопроверки - номер 2, страница 121.

Условие.

2. Объясните, как происходит кипение жидкости.

Решение.

1. Какой процесс называют кипением?

Кипение — это процесс интенсивного парообразования, который происходит не только со свободной поверхности жидкости, как испарение, но и по всему её объёму. Этот фазовый переход из жидкого состояния в газообразное происходит при определённой температуре, называемой температурой кипения. Важнейшей характеристикой кипения является образование и рост пузырьков насыщенного пара внутри жидкости, которые затем поднимаются на поверхность. Температура кипения зависит от внешнего давления: чем выше давление, тем выше температура кипения, и наоборот.

Ответ: Кипением называют процесс интенсивного парообразования, происходящий во всем объеме жидкости при определенной, постоянной для данной жидкости температуре.

2. Объясните, как происходит кипение жидкости.

Процесс кипения жидкости представляет собой сложный теплофизический процесс, который можно разделить на несколько этапов:

1. Образование центров парообразования. В любой жидкости всегда содержатся микроскопические пузырьки воздуха и других газов, а также поры и трещинки на стенках и дне сосуда. При нагревании жидкости именно эти неоднородности становятся центрами, в которых начинается образование пара.

2. Начальная стадия. Когда жидкость нагревается (обычно снизу), нижние слои становятся горячее верхних. В центрах парообразования на дне и стенках сосуда начинает испаряться жидкость, образуя пузырьки пара. Пока верхние слои жидкости холодные, эти пузырьки, поднимаясь, попадают в них, пар внутри них конденсируется, и они схлопываются. Этот процесс создает характерный шум, который слышен перед закипанием.

3. Достижение температуры кипения. По мере прогрева всего объёма жидкости до температуры кипения, давление насыщенного пара внутри пузырьков сравнивается с давлением в окружающей жидкости (которое складывается из внешнего атмосферного давления и гидростатического давления столба жидкости). Условие роста пузырька можно выразить формулой: $P_{пара} \ge P_{внешнее} + \rho g h$, где $P_{пара}$ — давление насыщенного пара в пузырьке, $P_{внешнее}$ — внешнее давление над жидкостью, $\rho$ — плотность жидкости, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, $\text{h}$ — глубина (высота столба жидкости над пузырьком).

4. Бурное кипение. Когда давление пара в пузырьках становится достаточным, они перестают схлопываться и начинают расти в объеме, так как в них продолжает испаряться жидкость. Благодаря выталкивающей силе (силе Архимеда), эти пузырьки, будучи легче окружающей жидкости, всплывают на поверхность. Достигнув поверхности, они лопаются, и пар выходит наружу. Этот непрерывный процесс и есть кипение. При этом, несмотря на продолжающийся подвод тепла, температура кипящей жидкости остается постоянной, так как вся получаемая энергия расходуется на парообразование.

Ответ: Кипение происходит, когда жидкость нагревается до температуры кипения, при которой по всему её объёму начинают образовываться пузырьки пара. Это становится возможным, когда давление насыщенного пара внутри этих пузырьков превышает внешнее давление. Пузырьки растут, всплывают на поверхность и высвобождают пар.