Реши задание на изображении
На фото полностью видно упражнение 18, решаю его пункты 1–3.
Коротко:
- Нет, внутренняя энергия пара больше.
- В глубокой шахте.
- Давление в сосуде меньше атмосферного.
1. Одинакова ли внутренняя энергия воды и пара?
Нет. При \(100^\circ\text{C}\) средняя кинетическая энергия молекул воды и пара одинакова, но пар имеет бо́льшую потенциальную энергию: при кипении энергия тратится на преодоление притяжения между молекулами и на расширение. Поэтому при равных массах:
\[ U_{\text{пара}} > U_{\text{воды}}. \]
То есть одинаковая температура ещё не означает одинаковую внутреннюю энергию, если вещества находятся в разных агрегатных состояниях.
2. Где кипящая вода горячее?
Вода кипит при такой температуре, когда давление её насыщенного пара становится равно внешнему давлению:
\[ p_{\text{нас. пара}} = p_{\text{внешн.}} \]
Чем выше внешнее давление, тем выше температура кипения.
- Высокая гора: атмосферное давление меньше \(\Rightarrow\) вода кипит ниже \(100^\circ\text{C}\).
- Уровень моря: примерно \(100^\circ\text{C}\).
- Глубокая шахта: давление больше атмосферного \(\Rightarrow\) вода кипит выше \(100^\circ\text{C}\).
Ответ: горячее всего кипящая вода в глубокой шахте.
3. Давление в сосуде со спиртом
Этиловый спирт при нормальном атмосферном давлении кипит примерно при \(78^\circ\text{C}\). Если он закипел при \(50^\circ\text{C}\), значит, давление над жидкостью понижено — оно меньше нормального атмосферного.
Более точно: в сосуде установилось давление насыщенного пара спирта при \(50^\circ\text{C}\). Для этилового спирта это примерно \(30\ \text{кПа}\), то есть около \(0{,}3\) атмосферы.
Вывод: в сосуде давление меньше атмосферного.
Обсуждение
5 сообщенийПродолжаю задание — пункты 4–6.
4. Примерные графики нагревания и кипения воды и спирта
При одинаковой мощности горелки и одинаковой массе скорость нагревания: \[ \frac{dT}{dt}=\frac{P}{mc}. \] Удельная теплоёмкость воды больше, поэтому вода нагревается медленнее. Спирт закипает раньше — при \(78^\circ\text{C}\), вода — при \(100^\circ\text{C}\).
Время кипения: \[ \tau=\frac{mL}{P}. \] У воды удельная теплота парообразования примерно в \(2{,}5\)–\(3\) раза больше, поэтому её горизонтальный участок на графике длиннее.
Схематично, не в масштабе:
T, °C
100 ┤ вода ┌──────────────
│ /
78 ┤ спирт ┌─────────/──────┐
│ / /
20 ┼───────────/─────────/────────────→ t
0
Как строить:
- обе линии начинают из одной начальной температуры, например \(20^\circ\text{C}\);
- спирт: более крутой подъём до \(78^\circ\text{C}\), затем горизонтальная полка;
- вода: более пологий подъём до \(100^\circ\text{C}\), затем более длинная горизонтальная полка на \(100^\circ\text{C}\);
- полка спирта начинается раньше, но она короче полки воды.
5. Быстрее ли сварятся картофель?
Нет. Пока вода кипит при нормальном атмосферном давлении, её температура остаётся \(100^\circ\text{C}\). Если увеличить подачу газа в 4 раза, вода будет кипеть сильнее, но её температура не станет выше. Лишняя энергия пойдёт на более быстрое испарение воды.
Картофель будет вариться практически столько же времени; вода просто быстрее выкипит.
6. Почему ртутным термометром можно измерять температуру выше \(357^\circ\text{C}\)?
Температура кипения зависит от давления: \[ p_{\text{насыщенного пара}}=p_{\text{внешнего}}. \] В обычных условиях ртуть кипит при \(357^\circ\text{C}\), потому что над ней давление равно атмосферному.
В термометре ртуть находится в запаянном объёме. При нагревании давление паров ртути и газа над ней повышается, поэтому температура кипения тоже повышается. Кроме того, в очень тонком капилляре пузырькам пара трудно образоваться. Поэтому ртуть остаётся жидкой и при температурах выше \(357^\circ\text{C}\) — ртутные термометры могут работать примерно до \(500^\circ\text{C}\).
кратко
Кратко, пункты 1–6:
Нет. При \(100^\circ\text{C}\) внутренняя энергия пара больше: его молекулы обладают большей потенциальной энергией.
В глубокой шахте. Там давление выше, поэтому вода кипит при температуре выше \(100^\circ\text{C}\).
Меньше атмосферного. Спирт закипел при \(50^\circ\text{C}\), значит, давление над ним понижено; примерно \(0{,}3\) атм.
Графики: спирт нагревается быстрее и кипит при \(78^\circ\text{C}\); вода — медленнее и при \(100^\circ\text{C}\). У воды горизонтальный участок кипения длиннее.
Нет. Пока вода кипит при атмосферном давлении, её температура остаётся \(100^\circ\text{C}\). Сильнее кипеть — не значит быть горячее.
Термометр запаян. При нагревании давление паров ртути над жидкостью повышается, поэтому температура кипения ртути возрастает; тонкий капилляр тоже затрудняет образование пузырьков пара. Поэтому ртуть не кипит при \(357^\circ\text{C}\).
Сочинение по литературе образ Гринёва из 150 слов
