ID: 00025726
Стальную кастрюлю, наполовину заполненную водой, поставили на плиту, закрыли лёгкой крышкой и стали нагревать воду до кипения. Атмосферное давление составляет 760 мм рт. ст.
Выберите все верные утверждения, описывающие характеристики воды, водяного пара и кастрюли при нагревании и кипении воды.
1) Относительная влажность воздуха под крышкой в процессе нагревания воды уменьшается.
2) Внутренняя энергия водяного пара в кастрюле в процессе нагревания воды увеличивается.
3) При нагревании воды выше 80 ºС, когда схлопываются образующиеся пузырьки, давление водяных паров постепенно уменьшается.
4) Температура дна кастрюли вблизи границы с водой при кипении немного превышает 100 ºС.
5) Плотность насыщенных водяных паров над поверхностью воды в процессе её нагревания до температуры кипения увеличивается.
Источник: ФИПИ
Стальную кастрюлю наполовину заполнили водой, закрыли лёгкой крышкой и стали греть до кипения при атмосферном давлении $760$ мм рт. ст. Разберём, что происходит с воздухом, паром и самой кастрюлей на пути к кипению.
По мере нагрева воды всё больше воды испаряется, и плотность насыщенного пара над её поверхностью растёт вместе с температурой (это табличная, монотонно растущая зависимость) — утверждение 5 верно.
Раз давление насыщенного пара растёт с температурой, а реальное парциальное давление пара под крышкой всё время подстраивается под насыщение (испарение идёт активно, воды много), относительная влажность воздуха под крышкой не падает, а, наоборот, приближается к $100\%$ по мере нагрева. Утверждение 1 («влажность уменьшается») неверно.
Внутренняя энергия водяного пара в кастрюле по мере нагрева растёт: во-первых, растёт температура каждой молекулы пара (кинетическая часть энергии), во-вторых, пара становится всё больше (испаряется больше воды). Утверждение 2 верно.
Утверждение 3 говорит, что выше $80\ ^{\circ}\text{C}$, когда лопаются поднимающиеся пузырьки, давление пара постепенно уменьшается. На самом деле, пока вода продолжает нагреваться к кипению, давление насыщенного пара только растёт вместе с температурой — оно не может уменьшаться, ведь зависимость $p_{нас}(T)$ монотонно возрастающая. Неверно.
Наконец, чтобы тепло от плиты дошло до воды, дно кастрюли должно быть чуть горячее самой воды — иначе тепло просто не потечёт в нужном направлении. Значит, температура дна у поверхности воды при кипении действительно немного превышает $100\ ^{\circ}\text{C}$. Утверждение 4 верно.