Задания 1–3 — Глава 11. § 71. Насыщенный пар

У собаки почти нет потовых желёз, и избыток теплоты она отдаёт главным образом через испарение влаги со слизистой языка и ротовой полости. При испарении жидкость покидают самые быстрые молекулы, поэтому средняя кинетическая энергия оставшихся молекул, а значит, и температура поверхности уменьшаются. Высунутый язык имеет большую влажную поверхность, а частое дыхание усиливает обдув и ускоряет испарение. Так организм охлаждается и предохраняется от перегрева.

Динамическое равновесие означает, что два противоположных процесса идут с одинаковой скоростью, поэтому макроскопические параметры системы не изменяются. Примеры: 1) насыщенный раствор соли с осадком на дне: за единицу времени столько же молекул (ионов) переходит из кристалла в раствор, сколько возвращается обратно на кристалл; 2) вода и лёд при 0 °С в теплоизолированном сосуде: сколько молекул покидает кристаллы, столько же присоединяется к ним; 3) обратимая химическая реакция в закрытом сосуде при постоянной температуре: скорости прямой и обратной реакций равны; 4) ионизация и рекомбинация в газе при постоянном воздействии ионизатора.

Насыщенным называют пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью: число молекул, покидающих поверхность жидкости за некоторое время, в среднем равно числу молекул пара, возвращающихся в жидкость за то же время. При данной температуре в данном объёме не может находиться большего количества пара, чем насыщенный; плотность, концентрация молекул и давление насыщенного пара при постоянной температуре имеют определённые (максимальные) значения.

Испарение происходит при любой температуре, так как кинетические энергии молекул жидкости различны и всегда найдутся молекулы, энергии которых достаточно для преодоления притяжения соседей. Из предложенных вариантов верным является четвёртый (жидкая вода существует при температуре выше 0 °С).
Ответ: 4) при любой температуре выше 0 °С.

Из-за хаотичности движения кинетические энергии молекул различны, и у некоторых молекул поверхностного слоя энергия достаточна, чтобы вырваться из жидкости. Поэтому жидкость испаряется при любой температуре. Постоянство температуры при кипении связано с затратой энергии на парообразование, трудная сжимаемость — с малыми расстояниями между молекулами и отталкиванием, кристаллизация — с упорядочивающим действием сил притяжения при понижении температуры.
Ответ: 1) жидкость в открытом сосуде испаряется при любой температуре.

Вода испаряется при любой температуре, пока пар над ней ненасыщенный: тогда число молекул, покидающих воду, больше числа возвращающихся. Если пар насыщенный, испарение и конденсация компенсируют друг друга, и видимого испарения нет. Утверждения 1) и 2) неверны, так как испарение идёт и без кипения, и без нагревания.
Ответ: 3) при любой температуре, если пар в воздухе над поверхностью воды является ненасыщенным.

При испарении жидкость покидают наиболее быстрые молекулы с большой кинетической энергией. Средняя кинетическая энергия оставшихся молекул уменьшается, а при отсутствии теплообмена с окружающей средой компенсировать эту потерю нечем. Следовательно, температура воды в чашке уменьшилась.
Ответ: 2) уменьшилась.

В закупоренной бутылке над жидкостью находится пар, который при установившемся тепловом равновесии находится в динамическом равновесии с жидкостью, то есть является насыщенным. Это верно и в тёплой комнате, и на холодном балконе: при охлаждении давление насыщенного пара уменьшается, избыток пара конденсируется, а жидкость в бутылке остаётся, поэтому пар снова насыщенный (при новой, меньшей плотности).
Ответ: 3) насыщенным паром, в конечном состоянии — тоже насыщенным.