42. Испарение. Кипение - В.И. Лукашик, Сборник задач по физике



1096. Почему температура воды в открытом стакане всегда бывает немного ниже температуры воздуха в комнате?
В открытом стакане вода испаряется. При испарении вылетающие из жидкости молекулы должны преодолеть притяжение соседних молекул. Из-за этого из жидкости вылетают молекулы, скорость и кинетическая энергия которых наибольшая. В результате, средняя кинетическая энергия оставшихся молекул и температура жидкости уменьшается относительно окружающей среды.

1097. В один стакан налили эфир при температуре 20 °С, в другой — воду при той же температуре. В стаканы опустили термометры. Какой из них будет показывать более низкую температуру?
Интенсивность испарения эфира в несколько раз превышает интенсивность испарения воды. В результате, более низкую температуру будет показывать термометр, опущенный в эфир.

1098. Почему молоко в глиняном сосуде без глазури дольше сохраняет свежесть?
В глиняном сосуде без глазури пары молока застаиваются в порах сосуда. Происходит химическая реакция закисания молока.

1099. Почему скошенная трава быстрее высыхает в ветреную погоду, чем в тихую?
Испарение жидкости происходит быстрее при смене окружающего ее воздуха на воздух, не содержащий паров этой жидкости. Из-за этого в ветреную погоду скошенная трава высыхает быстрее.

1100. Мокрое белье, вывешенное зимой во дворе, замерзает. Но через некоторое время оно становится сухим даже при сильных морозах. Чем это можно объяснить?
Это можно объяснить явлением возгонки, или сублимацией. При этом твердое тело превращается в пар, минуя жидкую фазу.

1101. При выходе из реки после купания мы ощущаем холод. Почему?
Вода с поверхности нашего тела испаряется и кинетическая энергия молекул на его поверхности уменьшается. (Подробнее см. № 1096).

1102. В двух одинаковых тарелках поровну налиты жирные и постные щи. Какие щи быстрее остынут? Почему?
Постные щи остынут быстрее, поскольку присутствие в них плавающего жира уменьшает площадь поверхности испаряющейся воды в тарелке, а жир испаряется гораздо медленнее воды.

1103. Почему в доме, автобусе или трамвае на стеклах окон при сильных морозах лед появляется с внутренней стороны?
Теплый, более влажный воздух соприкасается с холодным стеклом. Пары воды, содержащиеся в воздухе, конденсируются на стекле, превращаясь в лед.

1104. Зачем на морозе вспотевшую после езды лошадь покрывают попоной?
Пот, испаряясь с поверхности тела лошади, уменьшает ее температуру. Лошадь, накрытая попоной, охлаждается меньше и, соответственно, имеет меньше шансов заболеть.

1105. Сырые дрова горят хуже, чем сухие. Почему?
Сырые дрова горят хуже, потому что им требуется дополнительное количество теплоты для испарения содержащейся в них воды.

1106. На рисунке 271 показано, как со временем изменяется температура при нагревании и охлаждении воды. Какому состоянию воды соответствуют участки графика АВ, ВС? Объясните, почему участок ВС параллелен оси времени.
Участок АВ — нагреване воды; участок ВС — кипение воды.

На участке ВС температура воды не меняется, поскольку вся подводимая к ней теплота идет на ее превращение из жидкого состояния в газообразное.

1107. На рисунке 272 построен график нагревания воды по данным, полученным учащимися. Ответьте на вопросы: при какой температуре воды учащиеся начали отсчитывать время нагревания? На сколько градусов изменилась температура воды за первые 4 мин? На сколько градусов возросла температура воды за последние 2 мин наблюдения? Когда воду нагревали интенсивнее: в начале или в конце опыта? Какую температуру имела вода в конце четвертой минуты? Через сколько минут после начала опыта вода нагрелась до 60 °С?
Учащиеся начали отсчитывать время нагревания при температуре 18°С. За первые 4 минуты изменение температуры составило 74°С-18°С=56°С. За последние 2 минуты 98⁰С-89°С=9°С. Вода нагревалась быстрее в начале опыта. В конце четвертой минуты 74°С. Вода нагрелась до Т=60°С через примерно через 2,5 минуты после начала ее нагревания.

1108. На рисунке 273 изображен график охлаждения воды после кипения. Ответьте на вопросы: какую температуру имела вода через 25 мин после начала наблюдения? Через сколько минут после начала опыта вода остыла до температуры 50 °С? На сколько градусов остыла вода за первые 10 мин? Когда вода остывала быстрее: в начале или в конце опыта?
Через 25 минут после начала наблюдения Т = 40°С. Вода остыла до Т= 50°С через 15минут после начала наблюдения. За первые 10 минут вода остыла на 100°С-56°С = 44°С. Вода остывала быстрее в начале опыта.

1109. Почему самовар с раскаленными углями не распаивается, когда в нем вода, и распаивается, когда воды в нем нет?
Если в самовар налита вода, то теплота, которая могла бы пойти на его плавление, идет на повышение внутренней энергии и температуры воды.

1110. В сосуды с одинаковой площадью дна налили равное количество воды (рис. 274, а и б). В каком сосуде вода закипит быстрее, если их поставить на одну и ту же электрическую плиту?
Вода закипит быстрее в сосуде «б». У сосуда «б» большая поверхность стенок. Он будет дополнительно обогреваться снаружи восходящими потоками горячего воздуха.

1111. Когда чайник с кипящей водой стоит на газовой горелке, то над ним почти не видно пара. Но стоит только выключить горелку, как на некоторое время пар становится видимым. Объясните это явление.
При выключении горелки пар, выходящий из чайника, охлаждается и конденсируется, образуя мельчайшие капельки воды.








1112. На рисунке 275 даны графики нагревания и кипения жидкостей одинаковой массы: воды, спирта и эфира. Определите, какой график построен для воды, какой — для спирта и какой — для эфира.
1 — эфир; 2 — спирт; 3 — вода.

1113. Две жидкости равных масс нагреваются на одинаковых горелках до кипения. Определите по графикам А и В (рис. 276), у какой жидкости выше температура кипения; t больше удельная теплоемкость; больше удельная теплота парообразования.
У жидкости А более высокая температура кипения. У жидкости В более высокая удельная теплоемкость и теплота парообразования.

1114. Что обладает большей внутренней энергией: вода при температуре 100 °С или ее пар той же массы при той же температуре?
При температуре 100°С внутренняя энергия пара больше, чем у воды той же массы на теплоту парообразования.

1115. Как и на сколько изменится внутренняя энергия водяного пара массой 1 г при его конденсации, если он имеет температуру 100 °С?
42. Испарение. Кипение


1116. Какое количество теплоты необходимо для обращения в пар воды массой 10 г, спирта массой 2 г, эфира массой 8 г, если каждая жидкость нагрета до температуры кипения?  
42. Испарение. Кипение


1117. Какое количество теплоты выделяется при конденсации 2,5 кг водяного пара при температуре 100 °С?
42. Испарение. Кипение


1118. Какое количество теплоты необходимо сообщить воде массой 10 г, взятой при температуре 0 °С, для того, чтобы нагреть ее до температуры кипения и испарить?
42. Испарение. Кипение


1119. Из чайника выкипела вода объемом 0,5 л, начальная температура которой была равна 10 °С. Какое количество теплоты оказалось излишне затраченным?
42. Испарение. Кипение


1120. Кофейник вместимостью 1,2 л заполнили водой при температуре 15 °С и поставили на плиту. Какое количество теплоты пошло на нагревание и кипение воды, если после снятия с плиты в результате испарения в кофейнике объем воды стал на 50 см3 меньше? (Изменение плотности воды с изменением температуры не учитывать.)
42. Испарение. Кипение


1121. Сколько энергии израсходовано на нагревание воды массой 0,75 кг от 20 до 100 °С и последующее образование пара массой 250 г?
42. Испарение. Кипение


1122. Какое количество теплоты выделяется при конденсации водяного пара массой 10 кг при температуре 100 °С и охлаждении образовавшейся воды до 20 °С?
42. Испарение. Кипение


1123. Какое количество теплоты потребовалось для получения дистиллированной воды объемом 5 л, если вода в дистиллятор поступила при температуре 14 °С? (Потерями энергии пренебречь.)
42. Испарение. Кипение


1124. Какое количество теплоты необходимо, чтобы из льда массой 2 кг, взятого при температуре - 10 °С, получить пар при 100 °С?
42. Испарение. Кипение


1125. Сколько льда, взятого при 0 °С, расплавится, если ему сообщить такое количество теплоты, которое выделится при конденсации водяного пара, масса которого равна 8 кг, а температура равна 100 °С, при нормальном атмосферном давлении?