Фізика 8 клас збірник задач - Леонід Кирик - 2016

ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

7. Випаровування і конденсація. Кипіння

Тетяна край вікна стояла,

На шиби дмухала, сумна,—

І на туманнім, склі вона

Коханий вензель рисувала

Прегарним пальчиком своїм;

Все О та Є спліталось в нім.

О. Пушкін

(Переклад М. Рильського)

Приклад розв'язування задачі

Колба містить воду за температури 0 °С. Відкачуючи з колби повітря, заморозили всю воду завдяки її випаровуванню. Яка частина води при цьому випарувалася?

Розв’язання. Позначимо як m масу всієї води до відкачування, m1 — масу льоду, що утворився, m2 — масу води, що випарувалася. Тоді m = m1 + m2. Звідси m1 = m - m2. Під час кристалізації води виділяється кількість теплоти, що дорівнює λm1. Для випаровування води потрібна кількість теплоти, що дорівнює λm2.

Відповідно до закону збереження енергії можна записати: λm1 = λm2, або λ(m - m2) = Lm2. Звідси отримуємо:

або

Остаточно отримаємо:

Звідси

Остаточно отримаємо:

Розв’язуючи задачу, ми не знехтували тим, що. значення L при 0 °С й 100 °С дещо різняться.

Відповідь. Випарувалося 12,5% початкової маси води.

Усна розминка

7.1. Наведіть приклади пароутворення й конденсації.

7.2. Чому рідина випаровується за будь-якої температури?

7.3. Чому під час випаровування температура рідини знижується?

7.4. Які явища природи пояснюють конденсацією пари? Наведіть приклади.

7.5. Чим відрізняється випаровування від кипіння?

7.6. Чи доводилося вам прискорювати випаровування? Наведіть приклади. Як і для чого ви це робили?

7.7. Яка кількість теплоти необхідна для перетворення на пару спирту масою 1 кг, взятого за температури його кипіння?

7.8. На скільки внутрішня енергія пари спирту за температури 78 °С й нормального атмосферного тиску більша за внутрішню енергію рідкого спирту за тієї самої температури?

Перший рівень

7.9. Чи однаковою є внутрішня енергія 1 кг води й 1 кг пари за температури 0 °С; 60 °С; 100 °С? Обґрунтуйте свою відповідь.

7.10. Чому запотівають окуляри, коли людина з морозу заходить у теплу кімнату?

7.11. Чому чай остигає швидше, якщо на нього дмухати?

7.12. Чому в лазні нам видається спекотніше, ніж у кімнаті, де повітря нагріте до такої самої температури?

7.13. Які явища спостерігають у рідині перед тим, як вона починає кипіти?

7.14. На рисунку наведено графік залежності температури від часу для деякої рідини. Якою є температура кипіння рідини? Що це за рідина? Скільки часу кипіла ця рідина?

7.15. Чи можна стверджувати, що вода кипить за температури 100 °С?

7.16. Яка кількість теплоти необхідна, щоб перетворити на пару спирт масою 40 г за температури його кипіння?

7.17. Скільки теплоти виділиться під час конденсації 50 г ефіру?

7.18. Скільки сконденсувалося водяної пари, що має температуру 100 °С, якщо при цьому виділилося 11,5 МДж енергії?

7.19. Яку кількість теплоти треба витратити, щоб перетворити на пару 500 г води, узятої за температури 20 °С?

7.20. Яка кількість теплоти виділиться під час конденсації 200 ґ водяної пари, що має температуру 100 °С, й охолодження утвореної води до температури 40 °С?

7.21. Скільки льоду, взятого за температури 0 °С, розплавиться, якщо йому передати таку саму кількість теплоти, що виділиться під час конденсації водяної пари, маса якої 2 кг, а температура дорівнює 100 °С, за нормального атмосферного тиску?

Другий рівень

7.22. Чому спостерігати конденсацію пари значно легше, ніж випаровування рідини?

7.23. Герой кінофільму «Матрос Чижик», бажаючи визначити напрям дуже слабкого вітру, змочив з одного боку палець і, тримаючи його вертикально, почав повільно повертати. Як ці дії допомогли йому визначити напрям вітру?

7.24. Як випаровування захищає наш організм від перегріву? Наведіть приклади.

7.25. Накрийте кришкою каструлю з гарячою водою. Через кілька хвилин зніміть кришку — ви побачите на ній крапельки води (див. Малюнок). Як на кришці з’явилася вода?

7.26. Згадаймо сценку з водевілю «Весілля» Антона Чехова:

«Зміюкіна. Дайте мені атмосфери! Чуєте?.. Махайте на мене, махайте... Скажіть, будь ласка, чому мені так важко дихати? Махайте, махайте...».

Яку роль у цій сценці відіграє випаровування?

7.27. Жаба — гарний синоптик. Африканські племена помітили, що деревні жаби перед початком сезону дощів виходять із води й піднімаються на дерева для метання ікри.

Якщо «прогноз» жаб виявиться хибним, то ікра висохне й потомство загине. Але помилки в жаб’ячому передбаченні трапляються надзвичайно рідко. Чому?

7.28. Спекотними літніми днями робочі бджоли приносять у вулик воду. Інші бджоли у вулику збирають цю воду й розпорошують її, при цьому безупинно махаючи крильцями. Через деякий час ці бджоли перестають забирати воду в робочих бджіл, тоді останні знову починають приносити нектар. Поясніть причину інстинктивної поведінки бджіл і сутність описаних явищ.

7.29. У поемі «Мороз, Червоний ніс» Микола Некрасов писав:

Вся в инее шапка большая,

Усы, борода в серебре.

Недвижно стоит, размышляя,

Старик на высоком бугре...

Що це за срібло на вусах і бороді старого? Які причини утворення цього срібла?

7.30. У спеку люди пітніють, собаки висувають язик для самоохолодження. А кішки для вдалого полювання не повинні мати запаху. Що саме пітніє в них?

7.31. Яку фотографію собаки зробили за теплої погоди, а яку — за холодної? Обґрунтуйте свою відповідь.

7.32. Чи бачимо ми пару, яка виривається з носика чайника, що кипить?

7.33. Іван Бунін писав:

На окне, серебряном от инея,

За ночь хризантемы расцвели,

В верхних стеклах — небо ярко-синее

И застреха1 в снеговой пили.

Чому шибки вкрилися візерунками з інею?

7.34. Чи бачимо ми водяну пару, коли видихаємо повітря на морозі?

7.35. У казці Ганса Крістіана Андерсена «Сніжна королева» є такі рядки:

«Герда почала читати «Отче наш»; було так холодно, що дихання дівчинки відразу ж перетворювалося на густий туман».

Чому взимку є помітним виділення туману під час дихання, а влітку — ні?

7.36. Чому взимку шибки запотівають, якщо в кімнаті багато людей?

7.37. Поясніть, чому роса буває ряснішою після спекотного дня.

7.38. Якщо закрити банку кришкою, то рівень води в ній не знижуватиметься. Чи означає це, що кришка зупиняє випаровування води?

7.39. Чи кипітиме вода в склянці, що плаває в посудині, у якій кипить вода?

7.40. У романі Жуля Берна «Діти капітана Гранта» мандрівники на перевалі в Андах розвели багаття.

«...Вода кипітиме тут не при ста градусах, а раніше, і шанувальникам кави, звареної на воді, що закипає за цієї температури, доведеться поступитися своїми вподобаннями, бо на цій висоті кава закипить за температури нижче дев’яноста градусів».

Поясніть це явище.

7.41. Раз чи двічі прокип’ячена вода закипає не так бурхливо, як сира. Чому?

7.42. Яку кількість теплоти необхідно витратити, щоб нагріти 5 кг води від 0 °С до кипіння й повністю випарувати її?

7.43. У калориметрі міститься вода масою mB = 1 кг за температури tВ = 20°С. Скільки пари, що має температуру tП = 100°С, потрібно впустити в калориметр, щоб температура в ньому піднялася до t = 40 °С?

7.44. Суміш, що складається з 5, кг льоду й 15 кг води за температури 0 °С, потрібно нагріти до температури 80 °С, пропускаючи водяну пару за температури 100 °С. Яка кількість пари для цього необхідна?

7.45. Яка кількість теплоти потрібна, щоб перетворити 3 кг льоду, взятого за температури -20 °С, на пару за температури 100 °С?

7.46. У калориметр, у якому містилось 100 г льоду за температури 0 °С, впустили пару за температури 100 °С. Скільки води виявиться в калориметрі безпосередньо після того, як весь лід розтане?

7.47. До якої температури нагріється вода об’ємом 0,8 л, що міститься в мідному калориметрі масою 700 г і має, температуру 12 °С, якщо впустити в калориметр 50 г водяної пари за температури 100 °С?

Третій рівень

7.48. Яке фізичне явище (об’єкт) відбито в загадках?

Уночі спить на землі, а вранці тікає.

Зоря-зоряниця, молода дівиця, гуляти ходила, сльозу зронила, місяць бачив — не підняв, сонце побачило — підняло.

7.49. Яке походження хмар, що з’являються спекотного літ

нього дня і зникають до вечора?

7.50. В оповіданні «Вежин луг» Іван Тургенєв писав:

«...Вечірня заграва згасла. Я швидко спустився з пагорба. Мене одразу охопила неприємна, нерухома вогкість, нібито я ввійшов у льох. Густа висока трава на дні долини, вся мокра, біліла рівною скатертиною; ходити по ній було якось моторошно».

Чому, спустившись із пагорба в долину, мисливець відчув холод і вогкість?

7.51. Глина й борошняне тісто, нагріваючись, не розм’якшуються, а тугішають. Чому?

7.52. Чому яскравого сонячного дня, особливо в полі, стають розпливчастими контури далеких предметів?

7.53. Про яке фізичне явище йдеться в таких прикметах?

Сіль мокріє, м’якшає — до сирої погоди, негоди.

Тютюн сиріє — чекай сирої погоди, негоди.

7.54. Ви забули на плиті чайник, що кипить. Повернувшись на кухню, ви побачили, що половина води із чайника «зникла». Чи дійсно вся ця вода перетворилася на пару? Чи можна її побачити?

7.55. Поясніть народну прикмету: «Скіпка тріскотить і іскрить — до негоди».

7.56. Чому перед дощем ластівки літають дуже низько?

7.57. Не заглядаючи в довідкові таблиці, скажіть: яка з рідин — вода, ртуть чи ефір — кипить за найнижчої температури; за найвищої? На підставі чого ви зробили такий висновок?

7.58. Чому незадовго до закипання чайника ми чуємо характерний шум? Чому перед самим закипанням він стихає?

7.59. Посудину з водою виносять із орбітальної станції у відкритий космос. Що відбудеться з водою, якщо посудину відкрити?

7.60. Дві рідини однакової маси нагрівають в однакових посудинах на однакових пальниках. На підставі графіків (див. Малюнок) визначте, в якої рідини вища точка кипіння й більша питома теплоємність і питома теплота пароутворення.

7.61. У калориметр, що містить mв = 500 г води за температури tB = 20 °С, впустили водяну пару за температури tп = 100°С. Яка температура t встановиться в калориметрі, якщо маса пари дорівнює: а) 10 г; б) 100 г? Якою стане маса т води в кожному з випадків?

7.62. У калориметр, що містить 1 кг води, впустили 40 г водяної пари за температури 100 °С. Якою була початкова температура води, якщо кінцева температура в калориметрі дорівнює 60 °С?

7.63. У каструлю налили холодної води за температури 60 °С й поставили на електроплиту. За 10 хв вода закипіла. Через який час вона повністю випарується?

7.64. У калориметрі міститься лід масою 500 г за температури -10 °С. Яка температура встановиться в калориметрі, якщо в нього впустити водяну пару масою 80 г, що має температуру 100 °С?

_____________________________________

1 Застреха (укр. стріха) — нижній край солом’яної покрівлі, який звисає над стіною.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити