1. Опишите опыт, демонстрирующий охлаждение жидкости при испарении.
В опыт можно взять две емкости с одинаковым объемом воды. Одну емкость оставляем открытой, а вторую накрываем крышкой. Оба сосуда должны быть при одинаковой температуре. Через некоторое время, открытый сосуд покажет испарение воды, которое приведет к охлаждению воды в емкости. Наблюдая за температурой в обоих сосудах, мы увидим, что в открытом сосуде температура падает, в то время как в закрытом остается стабильной. Это демонстрирует, что испарение жидкости приводит к охлаждению. Более наглядным будет использовать спирт (или одеколон) вместо воды, так как скорость испарения у него выше, и эффект охлаждения сильнее заметен.
2. Объясните на основе МКТ понижение температуры жидкости при её испарении.
При испарении жидкости самые быстрые молекулы, которые имеют энергию, достаточную для преодоления сил межмолекулярного взаимодействия, покидают жидкость и переходят в газообразное состояние (пар). Эти быстрые молекулы уносят с собой часть кинетической энергии, оставшиеся молекулы в жидкости имеют среднюю кинетическую энергию меньше, а значит и температура жидкости понижается. Процесс испарения происходит не только с поверхности, но и внутри жидкости.
3. Что происходит с молекулами жидкости и пара в процессе испарения и конденсации?
Испарение: Молекулы жидкости, получив достаточную кинетическую энергию, преодолевают силы межмолекулярного взаимодействия и переходят в газообразное состояние (пар). Часть молекул покидает жидкость, уменьшая среднюю кинетическую энергию оставшихся в жидкости молекул.
Конденсация: Молекулы пара теряют кинетическую энергию, например, при столкновении с другими молекулами или при понижении температуры. Это приводит к снижению их скорости и способности преодолевать силы межмолекулярного взаимодействия. Они возвращаются в жидкое состояние, увеличивая среднюю кинетическую энергию молекул в жидкости, и соответственно, температуру.
4. Приведите примеры природных явлений, которые можно объяснить испарением жидкости и конденсацией пара.
Образование облаков: Испарение воды с поверхности океанов, рек и озер приводит к образованию водяного пара в атмосфере. Охлаждение водяного пара в атмосфере приводит к конденсации пара и образованию облаков.
Дождь и снег: Конденсация водяного пара в атмосфере приводит к образованию капель воды или кристаллов льда, которые, достигнув определенной массы, выпадают в виде дождя или снега.
Роса: Испарение с поверхности почвы и растений, а также конденсация водяного пара на холодных поверхностях.
1. Если капнуть на руку одеколон, то ощущение прохлады будет сильнее, чем если капнуть воду. Как это можно объяснить?
Одеколон испаряется быстрее, чем вода, из-за его состава и более низкой энергии связи между молекулами. Это значит, что больше быстрых молекул покидают жидкость, унося больше энергии, и тем самым сильнее охлаждая поверхность кожи.
2. Почему конденсация пара в атмосфере в капельки дождя или снежинки ведёт к повышению температуры воздуха?
При конденсации пара энергия, ранее захваченная быстрыми молекулами пара, высвобождается и передаётся воздуху. Это повышение температуры воздуха связано с выделением скрытой теплоты конденсации, которая идёт на нагрев окружающего воздуха.
1. Выходя из реки после купания, вы ощущаете прохладу, особенно в ветреную погоду. Почему?
Вы ощущаете прохладу, выходя из реки, потому что ваше тело теряет тепло несколькими путями. Вода, имеющая более низкую температуру, чем тело, отбирает тепло с вашей кожи. Ветреная погода усиливает этот эффект, так как она ускоряет испарение воды с вашей кожи. Испарение, как мы уже знаем, отнимает тепло от поверхности, что приводит к ощущению прохлады. Чем больше скорость ветра, тем быстрее происходит испарение, и тем больше ощущается охлаждение.
2. В жаркий день, когда входишь в воду, кажется, что вода холоднее воздуха, а когда выходишь из воды — воздух холоднее. Почему?
Вода кажется холоднее при входе, потому что у воды более высокая теплоемкость, чем у воздуха. Чтобы нагреть тело до температуры воды, воде требуется больше времени и энергии, чем воздуху. При выходе из воды ваше тело отдаёт тепло воде, а затем, когда вы находитесь в воздухе, тепло отдаётся и ему. Однако, теплоемкость воздуха значительно ниже, и тепло переходит от вашего тела быстрее, чем от воды.
3. В ветреный день нам становится теплее, если спрятаться от ветра, зайдя, например, за угол дома. Одинаковы ли показания термометра на ветру и за углом дома?
Показание термометра за углом дома и на ветру будет разным. В ветреный день показания термометра на открытом месте будут ниже, чем за защитой, например, за углом здания. Ветряная погода повышает теплоотвод с поверхности тела человека (и термометра) за счёт ускорения испарения влаги. За укрытием, где скорость ветра ниже, теплоотдача уменьшается, что и приводит к более высокой температуре воздуха.
4. В производстве для обеспечения чистой водой различных технологических процессов используют дистилляторы. Процесс получения дистиллированной воды основан на парообразовании и конденсации водяных паров. На рисунке 36 показан разрез простейшего дистиллятора, где 1 — нагреватель; 2 — жёлоб; 3 — кран; 4 — холодильник; 5 — дистиллируемая вода; 6 — отводная трубка. В дистиллятор через кран 3 наливают воду, предназначенную для перегонки, и нагревают её. Образующиеся водяные пары соприкасаются с конусообразным дном холодильника, в который налита холодная вода. Пар конденсируется, и дистиллированная вода стекает в жёлоб, откуда её спускают при помощи отводной трубки 6.
Какие агрегатные превращения вещества происходят в дистилляторе?
Нагревание и парообразование: Жидкая вода нагревается, и переходит в газообразное состояние – водяной пар.
Конденсация: Водяной пар, соприкасаясь с холодной поверхностью холодильника, охлаждается и возвращается в жидкое состояние – дистиллированная вода.
Объясните, как возникает ледяной дождь, используя материал учебника и допонительные источники информации. Чем ледяной дождь отличается от обычного дождя?
Ледяной дождь – это разновидность осадков, когда из облаков выпадают капли воды, которые замерзают при соприкосновении с холодным воздухом, находящимся у поверхности Земли. Это происходит, когда температура воздуха в нижних слоях атмосферы близка или ниже 0°C, а в облаках выше. Разница в температуре между облаком и поверхностью Земли – ключевой фактор.
Температура воздуха: Ключевое отличие ледяного дождя от обычного – температура воздуха у поверхности Земли. Для ледяного дождя она должна быть ниже 0°C. Замерзание капель: При падении капель через холодный воздух они замерзают, образуя ледяные шарики или обледеневшие капли разного размера. Состояние выпадающих осадков: При обычном дожде выпадают жидкие капли, при ледяном – замерзшие. Последствия: Ледяной дождь часто приводит к обледенению проводов, деревьев, дорогам и другим поверхностям, в то время как обычный дождь, как правило, этого не делает.