8 класс физика
Сверь числа и знаки с фото.
УПРАЖНЕНИЕ 18
Из чайника выкипела почти вся вода. В некоторый момент времени массы воды и пара в нём оказались равными. Их температура 100 °C. Можно ли утверждать, что внутренняя энергия пара и внутренняя энергия воды одинаковы?
Где кипящая вода горячее — на уровне моря, на высокой горе или в глубокой шахте? Ответ обоснуйте.
В закрытом сосуде спирт закипел при температуре 50 °C. Что можно сказать о давлении в сосуде?
На фото — упражнение 18. Разбираю все три пункта.
Кратко
- Нельзя. При одинаковых массах и температуре 100 °C внутренняя энергия пара больше, чем у воды.
- Горячее всего кипящая вода в глубокой шахте. На высокой горе она холоднее, на уровне моря — около 100 °C.
- Давление в сосуде меньше атмосферного.
1. Почему внутренняя энергия пара больше
Температура показывает среднюю кинетическую энергию молекул. При 100 °C она у воды и пара одинакова. Но внутренняя энергия включает ещё и потенциальную энергию взаимодействия молекул.
При испарении молекулы преодолевают притяжение друг к другу и уходят из жидкости. Поэтому потенциальная энергия молекул в паре больше. На парообразование затрачивается энергия — теплота парообразования \(Q=Lm\). Массы воды и пара равны, значит, сравниваем одинаковое число молекул, и всё равно:
\[ U_{\text{пара}}>U_{\text{воды}}. \]
Равенства внутренних энергий нет, хотя массы и температуры одинаковы.
2. Где кипящая вода горячее
Кипение начинается, когда давление насыщенного пара становится равно внешнему давлению. Чем больше внешнее давление, тем выше нужна температура, чтобы пар мог образоваться внутри жидкости.
- На высокой горе атмосферное давление меньше → вода кипит при температуре ниже 100 °C.
- На уровне моря давление нормальное → вода кипит примерно при 100 °C.
- В глубокой шахте давление больше, чем на поверхности → вода кипит при температуре выше 100 °C.
Поэтому порядок такой:
\[ \text{гора}<\text{уровень моря}<\text{глубокая шахта}. \]
3. Спирт закипел при 50 °C
У этилового спирта нормальная температура кипения около 78 °C при атмосферном давлении. При 50 °C давление его насыщенного пара меньше атмосферного.
Чтобы спирт кипел при 50 °C, давление в сосуде должно быть понижено. Значит, в закрытом сосуде давление меньше нормального атмосферного, то есть сосуд разрежён.
Проверка. Температура сама по себе не определяет внутреннюю энергию: важно ещё агрегатное состояние. А температура кипения зависит от внешнего давления: чем оно выше, тем выше температура кипения.
