ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер p240.7: Испарение. Конденсация. Насыщенный пар

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать процесс испарения с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Испарение — это переход молекул из жидкой фазы в газообразную. Ключевым моментом является то, что в газ вылетают преимущественно самые быстрые молекулы, обладающие наибольшей кинетической энергией. Также важно учесть условие задачи: теплообмен с окружающей средой отсутствует (Q=0).

Вычисление и логический вывод:

Температура тела прямо пропорциональна средней кинетической энергии поступательного движения его молекул: E_k=3/2kT.

Когда наиболее быстрые молекулы покидают поверхность жидкости, средняя кинетическая энергия оставшихся молекул уменьшается. Поскольку система изолирована от внешних источников тепла (теплообмена нет), энергия не восполняется извне. Следовательно, внутренняя энергия оставшейся воды снижается за счет работы по разрыву межмолекулярных связей у вылетающих молекул и потери ими высокой энергии.

Уменьшение средней кинетической энергии молекул означает снижение температуры жидкости. Этот эффект лежит в основе принципа работы холодильников и объясняет ощущение холода при испарении пота с кожи.

Проверка ответа:

Рассмотрим предложенные варианты:

• увеличилась : неверно, так как для нагрева требуется приток энергии или совершение работы над системой, чего здесь нет;
• не изменилась : неверно, так как состав молекул меняется (уходят быстрые), а значит, меняется и их средняя энергия;
• зависит от скорости испарения : скорость влияет на интенсивность охлаждения, но не меняет знака процесса (температура всегда падает при испарении без подвода тепла);
• уменьшилась : верно, соответствует закону сохранения энергии и определению температуры через среднюю кинетическую энергию.