Физика 8 класс учебник Перышкин, Иванов - страница 86

   При нормальном атмосферном давлении эфир переходит в газообразное состояние (пар) при температуре 35 °C. Этот процесс кипения характеризуется тем, что вся подводимая энергия направляется на разрыв межмолекулярных связей, увеличивая потенциальную энергию молекул. Кинетическая энергия молекул, определяющая температуру, при этом остается неизменной.
   Увеличение внутренней энергии при испарении эквивалентно количеству теплоты, затраченной на этот процесс, которое определяется формулой ΔU = Q = m ⋅ L, где m — масса эфира, а L — его удельная теплота парообразования. Для эфира L ≈ 0,846 МДж/кг = 846 000 МДж/кг. Поскольку в задаче речь идет о «той же массе» без указания конкретного значения, ответ будет выражен в виде удельной величины, то есть на килограмм вещества.

   Начальный этап (AB): Мы начинаем с льда при температуре –20 °C. По мере поступления тепла его температура растет, пока не достигнет 0 °C.
   Плавление (BC): При достижении 0 °C лед начинает таять. В течение всего процесса плавления температура остается неизменной (0 °C), поскольку вся полученная энергия идет на превращение льда в воду.
   Нагрев воды (CD): После полного превращения в воду, она начинает нагреваться. Ее температура повышается от 0 °C до 100 °C.
   Кипение (DE): При 100 °C вода начинает кипеть и превращаться в пар. Как и при плавлении, температура остается постоянной (100 °C) на протяжении всего процесса парообразования, так как энергия расходуется на переход из жидкого состояния в газообразное.
   Нагрев пара (EF): Образовавшийся водяной пар затем нагревается от 100 °C до 120 °C.

   Мы рассматриваем две жидкости, которые имеют идентичную массу. Нагрев осуществляется с помощью горелок, обладающих одинаковой мощностью. Это означает, что скорость передачи теплоты от горелок к жидкостям одинакова. В период кипения температура жидкости остается постоянной, и вся поступающая тепловая энергия используется для процесса парообразования. Количество теплоты, необходимое для полного превращения жидкости в пар, определяется произведением массы жидкости на ее удельную теплоту парообразования (Q = m ⋅ L).
   На графике горизонтальный участок отражает фазу кипения. Более длительный горизонтальный участок свидетельствует о том, что для полного испарения данной жидкости потребовалось больше времени. Поскольку мощность нагревателей одинакова, большее время означает, что было подведено большее количество теплоты.
   Учитывая, что массы обеих жидкостей равны, увеличение количества подведенной теплоты напрямую связано с увеличением удельной теплоты парообразования. Поскольку горизонтальный участок для первой жидкости на графике занимает больше времени, чем для второй, это означает, что для испарения первой жидкости потребовалось больше теплоты, а следовательно, ее удельная теплота парообразования выше.

   Когда вода достигает 100 °C при нормальном атмосферном давлении, она начинает кипеть, превращаясь в пар. Для этого перехода необходимо добавить определенное количество энергии — теплоту парообразования. Эта теплота используется для разрыва связей между молекулами воды, увеличивая их потенциальную энергию, так как они отдаляются друг от друга.
   Кинетическая энергия молекул, определяющая температуру, остается постоянной (100 °C) на протяжении всего процесса. Таким образом, внутренняя энергия пара равна сумме внутренней энергии воды при той же температуре и энергии, затраченной на испарение.

а) Вода от 20 °C до пара 120 °C
    Нагревание жидкой воды от 20 °C до 100 °C (температуры кипения).
    Парообразование (кипение) воды при 100 °C (превращение в пар).
    Нагревание водяного пара от 100 °C до 120 °C.

б) Эфир от 125 °C до 20 °C
    Охлаждение паров эфира от 125 °C до 35 °C (температуры конденсации/кипения).
    Конденсация эфира при 35 °C (превращение в жидкость).
    Охлаждение жидкого эфира от 35 °C до 20 °C.

   Кипение воды требует непрерывного поступления тепловой энергии. Хотя вода в обеих кастрюлях достигла 100 °C (температуры кипения при стандартном атмосферном давлении), между ними не происходит теплообмена.
   Это связано с тем, что теплопередача возможна лишь при наличии разницы температур, а здесь она отсутствует. Следовательно, вода в малой кастрюле, уже нагретая до 100 °C, не получает той дополнительной энергии (удельной теплоты парообразования), которая необходима для перехода в газообразное состояние. Без этого дополнительного тепла она не закипит и будет просто поддерживать температуру в 100 °C.