8 класс физика

Краткие ответы

1. Нельзя. При равных массах и температуре \(100\,^\circ\text{C}\) внутренняя энергия пара больше внутренней энергии воды.
2. Горячее всего вода в глубокой шахте, затем на уровне моря; холоднее всего — на высокой горе.
3. Давление в сосуде ниже нормального атмосферного: оно соответствует давлению насыщенного пара спирта при \(50\,^\circ\text{C}\).

Как это понять

1. Внутренняя энергия складывается из кинетической и потенциальной энергии молекул. Одинаковая температура означает лишь одинаковую среднюю кинетическую энергию молекул. Но в паре молекулы находятся гораздо дальше друг от друга, поэтому их потенциальная энергия больше.
   При кипении теплота \(Q=Lm\) расходуется на изменение агрегатного состояния: часть идёт на работу против внешнего давления, но внутренняя энергия всё равно возрастает. Поэтому \[ U_{\text{пара}}>U_{\text{воды}}. \]

2. Кипение начинается, когда давление насыщенного пара становится равно внешнему давлению: \[ p_{\text{нас}}(T)=p_{\text{внеш}}. \] Чем выше внешнее давление, тем выше температура кипения. На высокой горе атмосферное давление меньше, поэтому вода кипит при температуре ниже \(100\,^\circ\text{C}\). В глубокой шахте давление больше, поэтому температура кипения выше \(100\,^\circ\text{C}\). На уровне моря она близка к \(100\,^\circ\text{C}\).

3. У этилового спирта обычная температура кипения около \(78\,^\circ\text{C}\). Если он закипел при \(50\,^\circ\text{C}\), значит, давление над жидкостью было понижено. Кипение при такой температуре возможно, когда давление насыщенного пара спирта при \(50\,^\circ\text{C}\) сравнялось с давлением в сосуде. Закрытый сосуд при этом не обязательно означает повышенное давление — в данном случае оно меньше атмосферного.

Проверка: если внешнее давление уменьшать, жидкость кипит при меньшей температуре; если увеличивать — при большей. Это согласуется с ответами для горы, уровня моря и шахты.