Номер 4, страница 77 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

4. Как на основе МКТ объяснить процесс кипения вещества?

Процесс кипения вещества можно объяснить с помощью основных положений молекулярно-кинетической теории (МКТ), которая рассматривает вещества как состоящие из непрерывно и хаотично движущихся частиц (молекул, атомов).

1. Строение и движение молекул в жидкости. Согласно МКТ, молекулы в жидкости расположены близко друг к другу, практически вплотную. Они совершают колебательные движения около положений равновесия, но также могут перескакивать с одного места на другое. Между молекулами действуют силы взаимного притяжения, которые удерживают их вместе, не давая разлететься, но эти силы слабее, чем в твердых телах, что и обеспечивает текучесть жидкости.

2. Испарение и нагревание. При любой температуре с поверхности жидкости происходит процесс испарения. Отдельные молекулы, обладающие достаточной кинетической энергией (так называемые «быстрые» молекулы), способны преодолеть силы притяжения со стороны соседних молекул и покинуть жидкость. При подводе тепла к жидкости средняя кинетическая энергия ее молекул увеличивается, что соответствует повышению температуры. Движение молекул становится более интенсивным.

3. Образование пузырьков пара. Кипение – это особый вид парообразования, который происходит не с поверхности, а по всему объему жидкости. По мере нагревания жидкости до определенной температуры (температуры кипения) кинетическая энергия некоторых молекул внутри жидкости становится настолько большой, что они могут разрывать связи с соседними молекулами. В жидкости всегда присутствуют микроскопические пузырьки растворенного газа или воздуха, которые служат центрами парообразования. Наиболее энергичные молекулы жидкости начинают испаряться внутрь этих пузырьков.

4. Условие кипения. Внутри пузырька образуется насыщенный пар. Давление этого пара зависит от температуры. Пока температура низкая, давление пара внутри пузырька меньше, чем внешнее давление (атмосферное давление плюс гидростатическое давление столба жидкости), и пузырек схлопывается. Когда жидкость нагревается до температуры кипения, давление насыщенного пара внутри пузырьков становится равным или немного превышает внешнее давление. В этом случае пузырьки получают возможность расти в объеме.

5. Процесс кипения. Когда давление пара внутри пузырьков уравнивается с внешним давлением, они перестают схлопываться. Наоборот, они растут, так как в них продолжают испаряться молекулы из окружающего слоя жидкости. Будучи легче (менее плотными), чем окружающая жидкость, пузырьки под действием силы Архимеда всплывают на поверхность, где лопаются, выбрасывая в окружающее пространство большое количество пара. Этот бурный процесс и есть кипение.

6. Постоянство температуры при кипении. Важно отметить, что во время кипения температура жидкости остается постоянной. Вся подводимая извне энергия (теплота парообразования) расходуется не на увеличение кинетической энергии молекул (т.е. не на нагрев), а на совершение работы против сил межмолекулярного притяжения и внешнего давления, то есть на превращение жидкости в пар. Эта энергия идет на увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул при их переходе в газообразное состояние, где средние расстояния между ними значительно больше.

Ответ: С точки зрения МКТ, кипение – это процесс интенсивного парообразования, происходящий по всему объему жидкости при достижении температуры кипения. При этой температуре кинетическая энергия молекул становится достаточной для того, чтобы давление насыщенного пара внутри образующихся в жидкости пузырьков сравнялось с внешним давлением. Это позволяет пузырькам расти, всплывать на поверхность и лопаться, высвобождая пар. Вся подводимая при кипении энергия расходуется на разрыв межмолекулярных связей и превращение жидкости в пар, поэтому температура жидкости в процессе кипения не изменяется.