Мы собрали более 7 000 задач по физике. 4 200 из них уже с видеоразборами

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.

1. В стакан с водой погрузили концы двух вертикальных стеклянных трубок — с внутренними диаметрами 0,5 мм и 0,2 мм. Стекло перед этим было тщательно обезжирено. Можно утверждать, что вода поднимется выше в трубке диаметром 0,5 мм.
2. В стакан с водой погрузили концы двух вертикальных стеклянных трубок — с внутренними диаметрами 0,5 мм и 0,2 мм. Стекло перед этим было тщательно обезжирено. Можно утверждать, что вода поднимется выше в трубке диаметром 0,2 мм.
3. При погружении конца тонкого пластикового капилляра в сосуд с жидкостью ее уровень в капилляре оказывается выше, чем в сосуде. Из этого следует, что данная жидкость хорошо смачивает пластик, из которого изготовлен капилляр.
4. При погружении конца тонкого пластикового капилляра в сосуд с жидкостью ее уровень в капилляре оказывается выше, чем в сосуде. Из этого следует, что данная жидкость плохо смачивает пластик, из которого изготовлен капилляр.
5. При погружении конца тонкого пластикового капилляра в сосуд с жидкостью ее уровень в капилляре оказывается выше, чем в сосуде. Из этого следует, что данная жидкость полностью не смачивает пластик, из которого изготовлен капилляр.

Поверхностное натяжение жидкостей

Если взять тонкую чистую стеклянную трубку (она называется капилляром), расположить ее вертикально и погрузить ее нижний конец в стакан с водой, то вода в трубке поднимется на некоторую высоту над уровнем воды в стакане. Повторяя этот опыт с трубками разных диаметров и с разными жидкостями, можно установить, что высота поднятия жидкости в капилляре получается различной. В узких трубках одна и та же жидкость поднимается выше, чем в широких. При этом в одной и той же трубке разные жидкости поднимаются на разные высоты. Результаты этих опытов, как и еще целый ряд других эффектов и явлений, объясняются наличием поверхностного натяжения жидкостей.
Возникновение поверхностного натяжения связано с тем, что молекулы жидкости могут взаимодействовать как между собой, так и с молекулами других тел — твердых, жидких и газообразных, — с которыми находятся в соприкосновении. Молекулы жидкости, которые находятся на ее поверхности, «существуют» в особых условиях — они контактируют и с другими молекулами жидкости, и с молекулами иных тел. Поэтому равновесие поверхности жидкости достигается тогда, когда обращается в ноль сумма всех сил взаимодействия молекул, находящихся на поверхности жидкости, с другими молекулами. Если молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, взаимодействуют преимущественно с молекулами самой жидкости, то жидкость принимает форму, имеющую минимальную площадь свободной поверхности. Это связано с тем, что для увеличения площади свободной поверхности жидкости нужно переместить молекулы жидкости из ее глубины на поверхность, для чего необходимо «раздвинуть» молекулы, находящиеся на поверхности, то есть совершить работу против сил их взаимного притяжения. Таким образом, состояние жидкости с минимальной площадью свободной поверхности является наиболее выгодным с энергетической точки зрения. Поверхность жидкости ведет себя подобно натянутой упругой пленке — она стремится максимально сократиться. Именно с этим и связано появление термина «поверхностное натяжение».
Приведенное выше описание можно проиллюстрировать при помощи опыта Плато. Если поместить каплю анилина в раствор поваренной соли, подобрав концентрацию раствора так, чтобы капля плавала внутри раствора, находясь в состоянии безразличного равновесия, то капля под действием поверхностного натяжения примет шарообразную форму, поскольку среди
всех тел именно шар обладает минимальной площадью поверхности при заданном объеме.
Если молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, контактируют с молекулами твердого тела, то поведение жидкости будет зависеть от того, насколько сильно взаимодействуют друг с другом молекулы жидкости и твердого тела. Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела велики, то жидкость будет стремиться растечься по поверхности твердого тела. В этом случае говорят, что жидкость хорошо смачивает твердое тело (или полностью смачивает его). Примером хорошего смачивания может служить вода, приведенная в контакт с чистым стеклом. Капля воды, помещенная на стеклянную пластинку, сразу же растекается по ней тонким слоем. Именно из-за хорошего смачивания стекла водой и наблюдается поднятие уровня воды в тонких стеклянных трубках. Если же силы притяжения молекул жидкости друг к другу значительно превышают силы их притяжения к молекулам твердого тела, то жидкость будет стремиться принять такую форму, чтобы площадь ее контакта с твердым телом была как можно меньше. В этом случае говорят, что жидкость плохо смачивает твердое тело (или полностью не смачивает его). Примером плохого смачивания могут служить капли ртути, помещенные на стеклянную пластинку. Они принимают форму почти сферических капель, немного деформированных из-за действия силы тяжести. Если опустить конец стеклянного капилляра не в воду, а в сосуд с ртутью, то ее уровень окажется ниже уровня ртути в сосуде.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.

1. Плотность водяного пара в воздухе составляет 17,3 г/м³ . Температура воздуха составляет 22 °C. Образование тумана можно будет наблюдать, если при неизменной плотности водяного пара температура повысится до 26 °C.
2. Плотность водяного пара в воздухе составляет 17,3 г/м³ . Температура воздуха составляет 22 °C. Образование тумана можно будет наблюдать, если при неизменной плотности водяного пара температура понизится до 21 °C.
3. Плотность водяного пара в воздухе составляет 17,3 г/м³ . Температура воздуха составляет 22 °C. Образование тумана можно будет наблюдать, если при неизменной плотности водяного пара температура понизится до 18 °C.
4. Переходу водяного пара, первоначально находящегося в состоянии А (см. рис. выше), в состояние насыщения соответствует только процесс АD.
5. Переходу водяного пара, первоначально находящегося в состоянии А (см. рис. выше), в состояние насыщения соответствуют все три указанных процесса: АВ, АС и АD.

Пересыщенный пар

Что произойдет, если сосуд с некоторым количеством жидкости закрыть крышкой? Наиболее быстрые молекулы воды, преодолев притяжение со стороны других молекул, выскакивают из воды и образуют пар над водной поверхностью. Этот процесс называется испарением воды. С другой стороны, молекулы водяного пара, сталкиваясь друг с другом и с другими молекулами воздуха, случайным образом могут оказаться у поверхности воды и перейти обратно в жидкость. Это есть конденсация пара. В конце концов при данной температуре процессы испарения и конденсации взаимно компенсируются, то есть устанавливается состояние термодинамического равновесия. Водяной пар, находящийся в этом случае над поверхностью жидкости, называется насыщенным.
Давление насыщенного пара — наибольшее давление, которое может иметь пар при данной температуре. При увеличении температуры давление и плотность насыщенного пара увеличиваются (см. рис.).
Водяной пар становится насыщенным при достаточном охлаждении (процесс АВ) или в процессе дополнительного испарения воды (процесс АС). При достижении состояния насыщения начинается конденсация водяного пара в воздухе и на телах, с которыми он соприкасается. Роль центров конденсации могут играть ионы, мельчайшие капельки воды, пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения. Если убрать центры конденсации, то можно получить пересыщенный пар.
На свойствах пересыщенного пара основано действие камеры Вильсона – прибора для регистрации заряженных частиц. След (трек) частицы, влетевшей в камеру с пересыщенным паром, виден на фотографии как линия, вдоль которой конденсируются капельки жидкости.
Длина трека частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии частицы. Длина трека увеличивается с возрастанием начальной энергии частицы. Однако при одинаковой начальной энергии тяжелые частицы обладают меньшими скоростями, чем легкие. Медленно движущиеся частицы взаимодействуют с атомами среды более эффективно и будут иметь меньшую длину пробега.

Вода, замерзая, может разрывать горные породы, потому что
1) температура замерзания воды зависит от давления, а в горных породах оно достигает 2500 атм.
2) с повышением внешнего давления до 2200 атмосфер температура замерзания падает.
3) объем вещества увеличивается и создает огромное внешнее давление.
4) при замерзании под давлением наблюдается явление режеляции льда.

Свойства льда

Между давлением и точкой замерзания (плавления) воды наблюдается интересная зависимость (см. таблицу).

С повышением давления до 2200 атмосфер температура плавления падает: с увеличением давления на каждую атмосферу она понижается примерно на 0,0075 °С. При дальнейшем увеличении давления точка замерзания воды начинает расти: при давлении 20 670 атмосфер вода замерзает при 76 °С. В этом случае будет наблюдаться горячий лед.
При нормальном атмосферном давлении объем воды при замерзании внезапно возрастает примерно на 11%. В замкнутом пространстве такой процесс приводит к возникновению избыточного давления до 2500 атм. Вода, замерзая, разрывает горные породы, дробит многотонные глыбы.
В 1850 г английский физик М. Фарадей обнаружил, что два влажных куска льда при 0 °С, будучи прижаты друг к другу, прочно соединяются или смерзаются. Однако, по Фарадею, этот эффект не наблюдался с сухими кусками льда при температуре ниже 0 °С. Позже он назвал это явление режеляцией.
В 1871 г англичанин Дж.-Т. Боттомли продемонстрировал подобное явление на другом опыте. Поставив на два столбика ледяной брусок и перекинув через него тонкую стальную проволоку (диаметром 0,2 мм), к которой был подвешен груз массой около 1 кг (рис. а), Боттомли наблюдал при температуре чуть выше нуля, как в течение нескольких часов проволока прорезала лед и груз упал. При этом ледяной брусок остался целым и невредимым, и лишь там, где проходила проволока, образовался тонкий слой непрозрачного льда. Если бы мы в течение этих часов непрерывно наблюдали за проволокой, то увидели бы, как постепенно она опускается, как бы разрезая лед (рис. б, в, г), при этом выше проволоки никакого разреза не остается — брусок оказывается монолитным.
Долгое время думали, что лед под лезвиями коньков тает потому, что испытывает сильное давление, температура плавления льда понижается, и лед плавится. Однако расчеты показывают, что человек массой 60 кг, стоя на коньках, оказывает на лед давление, при котором температура плавления льда под коньками уменьшается примерно на 0,1 °С, что явно недостаточно для катания, например, при –10 °С.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.

1. Внутренняя энергия раствора по сравнению с суммой внутренней энергии кристалла и растворителя при той же температуре в большинстве случаев больше.
2. Внутренняя энергия раствора по сравнению с суммой внутренней энергии кристалла и растворителя при той же температуре в большинстве случаев такая же.
3. Внутренняя энергия раствора по сравнению с суммой внутренней энергии кристалла и растворителя при той же температуре в большинстве случаев пренебрежимо мала.
4. Ноги будут мерзнуть меньше на заснеженном тротуаре.
5. Ноги будут мерзнуть меньше на тротуаре, посыпанном солью.

Охлаждающие смеси

Возьмем в руки кусок сахара и коснемся им поверхности кипятка. Кипяток втянется в сахар и дойдет до наших пальцев. Однако мы не почувствуем ожога, как почувствовали бы, если бы вместо сахара был кусок ваты. Это наблюдение показывает, что растворение сахара сопровождается охлаждением раствора. Если бы мы хотели сохранить температуру раствора неизменной, то должны были бы подводить к раствору энергию. Отсюда следует, что при растворении сахара внутренняя энергия системы сахар-вода увеличивается.
То же самое происходит при растворении большинства других кристаллических веществ. Во всех подобных случаях внутренняя энергия раствора больше, чем внутренняя энергия взятых в отдельности кристалла и растворителя при той же температуре.
В примере с сахаром необходимое для его растворения количество теплоты отдает кипяток, охлаждение которого заметно даже по непосредственному ощущению.
Если растворение происходит в воде при комнатной температуре, то температура получившейся смеси в некоторых случаях может оказаться даже ниже 0 °C, хотя смесь и остается жидкой, поскольку температура застывания раствора может быть значительно ниже нуля. Этот эффект используют для получения сильно охлажденных смесей из снега и различных солей.
Снег, начиная таять при 0 °C, превращается в воду, в которой растворяется соль; несмотря на понижение температуры, сопровождающее растворение, получившаяся смесь не затвердевает. Снег, смешанный с этим раствором, продолжает таять, забирая энергию от раствора и, соответственно, охлаждая его. Процесс может продолжаться до тех пор, пока не будет достигнута температура замерзания полученного раствора. Смесь снега и поваренной соли в отношении 2 : 1 позволяет, таким образом, получить охлаждение до −21 °C; смесь снега с хлористым кальцием (СаСl₂) в отношении 7 : 10 — до −50 °C.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.

1. Из графика на рисунке видно, что при температуре 20 °C плотность насыщенного водяного пара равна 17,3 г/м³. Это означает, что при 20 °C в 1 м³ масса насыщенных паров воды составляет 17,3 г.
2. Из графика на рисунке видно, что при температуре 20 °C плотность насыщенного водяного пара равна 17,3 г/м³. Это означает, что при 20 °C в 17,3 м³ воздуха находится 1 г насыщенного водяного пара.
3. Туман испарения можно наблюдать только при процессе АС.
4. Туман испарения можно наблюдать только при процессах АВ и АС.
5. Туман испарения нельзя наблюдать ни при процессе АВ, ни при АС.

Туман

При определенных условиях водяные пары, находящиеся в воздухе, частично конденсируются, в результате чего и возникают водяные капельки тумана. Капельки воды имеют диаметр от 0,5 до 100 мкм.
Возьмем сосуд, наполовину заполним водой и закроем крышкой. Наиболее быстрые молекулы воды, преодолев притяжение со стороны других молекул, выскакивают из воды и образуют пар над поверхностью воды. Этот процесс называется испарением воды. С другой стороны, молекулы водяного пара, сталкиваясь друг с другом и с другими молекулами воздуха, случайным образом могут оказаться у поверхности воды и перейти обратно в жидкость. Это конденсация пара. В конце концов, при данной температуре процессы испарения и конденсации взаимно компенсируются, то есть устанавливается состояние термодинамического равновесия. Водяной пар, находящийся в этом случае над поверхностью жидкости, называется насыщенным.
Если температуру повысить, то скорость испарения увеличивается, и. равновесие устанавливается при большей плотности водяного пара. Таким образом, плотность насыщенного пара возрастает с увеличением температуры (см. рис.).
Для возникновения тумана необходимо, чтобы пар стал не просто насыщенным, а пересыщенным. Водяной пар становится насыщенным (и пересыщенным) при достаточном охлаждении (процесс АВ) или в процессе дополнительного испарения воды (процесс АС). Соответственно выпадающий туман называют туманом охлаждения и туманом испарения.
Второе условие, необходимое для образования тумана, — это наличие ядер (центров) конденсации. Роль ядер могут играть ионы, мельчайшие капельки воды, пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения. Чем больше загрязненность воздуха, тем большей плотностью отличаются туманы.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.

1. В гейзерную трубку из бокового протока поступила порция пара. Над паром остался столб воды высотой 10 м. Вода на этой глубине находится при температуре 121 °C. Атмосферное давление 10⁵ Па. При этом вода в трубке быстро охладится, так как ее температура ниже температуры кипения на глубине 10 м.
2. В гейзерную трубку из бокового протока поступила порция пара. Над паром остался столб воды высотой 10 м. Вода на этой глубине находится при температуре 121 °C. Атмосферное давление 10⁵ Па. При этом вода в трубке закипит, так как ее температура выше температуры кипения при внешнем давлении 2 · 10⁵ Па.
3. В гейзерную трубку из бокового протока поступила порция пара. Над паром остался столб воды высотой 10 м. Вода на этой глубине находится при температуре 121 °C. Атмосферное давление 10⁵ Па. При этом вода в трубке будет перемещаться вниз под действием атмосферного давления.
4. Жидкость можно заставить закипеть, увеличивая внешнее давление при неизменной температуре.
5. Жидкость можно заставить закипеть, увеличивая ее температуру при неизменном давлении.

Гейзеры

Гейзеры располагаются вблизи действующих или недавно уснувших вулканов. Для извержения гейзеров необходима теплота, поступающая от вулканов.
Чтобы понять физику гейзеров, напомним, что температура кипения воды зависит от давления (см. рис.).
Представим себе 20-метровую гейзерную трубку, наполненную горячей водой. По мере увеличения глубины температура воды растет. Одновременно возрастает и давление — оно складывается из атмосферного давления и давления столба воды в трубке. При этом везде по длине трубки температура воды оказывается несколько ниже температуры кипения, соответствующей давлению на той или иной глубине. Теперь предположим, что по одному из боковых протоков в трубку поступила порция пара. Пар вошел в трубку и поднял воду до некоторого нового уровня, а часть воды вылилась из трубки в бассейн. При этом температура поднятой воды может оказаться выше температуры кипения при новом давлении, и вода немедленно закипает.
При кипении образуется пар, который еще выше поднимает воду, заставляя ee выливаться в бассейн. Давление на нижние слои воды уменьшается, так что закипает вся оставшаяся в трубке вода. В этот момент образуется большое количество пара; расширяясь, он с огромной скоростью устремляется вверх, выбрасывая остатки воды из трубки — происходит извержение гейзера.
Но вот весь пар вышел, трубка постепенно вновь заполняется охладившейся водой. Время от времени внизу слышатся взрывы — это в трубку из боковых протоков попадают порции пара. Однако очередной выброс воды начнется только тогда, когда вода в трубке нагреется до температуры, близкой к температуре кипения.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.

На рисунке приведены фазовые диаграммы для трех различных веществ. У какого из веществ выше температура тройной точки? Масштабы на всех графиках одинаковые.

1. у первого
2. у второго
3. у всех трех веществ одинаковая

4. Из фазовой диаграммы воды, приведенной на рисунке в тексте, следует, что температура фазового перехода лед — жидкость (температура плавления t_плав) при увеличении давления увеличивается.
5. Из фазовой диаграммы воды, приведенной на рисунке в тексте, следует, что температура фазового перехода лед — жидкость (температура плавления t_плав) при увеличении давления уменьшается.

Фазовые диаграммы

Вещества вокруг нас чаще всего находятся в одном из трех основных агрегатных состояний — твердом, жидком либо газообразном. При определенных условиях, своих для каждого вещества, возможны переходы вещества из одного агрегатного состояния в другое. Агрегатные состояния вещества часто называют фазами, а переходы между ними — фазовыми переходами. Например, вода при температуре 0 °C и давлении 1 атм. переходит из жидкой фазы в твердую (при отводе теплоты) либо из твердой фазы в жидкую (при подводе теплоты). При отсутствии теплообмена с окружающими телами две фазы вещества могут существовать одновременно (например, при температуре 0 °C и давлении 1 атм. лед и вода могут находиться в тепловом равновесии друг с другом). Опыт показывает, что температура, при которой происходит тот или иной фазовый переход, зависит от давления. Например, при понижении давления температура кипения воды понижается, и поэтому высоко в горах вода кипит при температуре, меньшей 100 °C.
Для того чтобы определять, в какой фазе будет находиться вещество при данных условиях, а также находить, как будут происходить взаимные превращения между фазами, используются специальные графики, которые называются фазовыми диаграммами. В качестве примера на рисунке показана фазовая диаграмма для воды.
Фазовая диаграмма представляет собой график, по горизонтальной оси которого отложена температура t (в °С), а по вертикальной оси — давление р (в атм.). Линиями на диаграмме показаны все возможные наборы температуры и давления, при которых происходит тот или иной фазовый переход. На нашем рисунке линия АО соответствует фазовому переходу лед-пар (и обратно), линия ВО — фазовому переходу пар-жидкость (и обратно), линия СО — фазовому переходу жидкость-лед (и обратно). Соответственно, области I на диаграмме соответствует твердое состояние воды, области II — газообразное состояние, а области III — жидкое состояние. Для того чтобы определить, в каком состоянии находится вода при данных условиях, нужно выяснить, в какой из этих областей на диаграмме лежит соответствующая точка. Например, при температуре +70 °C и давлении 0,2 атм. соответствующая точка 1 лежит на диаграмме в области II, что соответствует газообразному состоянию. Также при помощи фазовой диаграммы можно определять, какой фазовый переход будет совершать вещество при изменении одного из параметров. Например, если при постоянном давлении 1,3 атм. увеличивать температуру от −50 °C до +40 °C, то вода будет переходить из твердого состояния 2 в жидкое состояние 3. Наконец, при помощи фазовой диаграммы можно выяснить, как изменяется температура фазового перехода при изменении давления. Например, из диаграммы видно, что при повышении давления температура кипения увеличивается (кривая ОВ).
Из фазовой диаграммы видно, что линии АО, ВО и СО сходятся в одной точке О. Это означает, что при температуре и давлении, соответствующих точке О, три фазы воды (твердая, жидкая и газообразная) могут одновременно существовать в равновесии друг с другом. Точка О называется тройной точкой.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.

1. Для того чтобы улучшить циркуляцию воды в системе водяного отопления, необходимо расположить горячий трубопровод на одном уровне с котлом.
2. Для того чтобы улучшить циркуляцию воды в системе водяного отопления, необходимо расположить котел как можно ниже горячего трубопровода.
3. При монтаже системы водяного отопления с использованием однотрубной схемы во всех комнатах поставили одинаковые батареи с равной площадью поверхности. Все комнаты теплоизолированы одинаково. При этом в комнатах, наиболее близких к главному стояку, будет теплее.
4. При монтаже системы водяного отопления с использованием однотрубной схемы во всех комнатах поставили одинаковые батареи с равной площадью поверхности. Все комнаты теплоизолированы одинаково. При этом в комнатах, наиболее удаленных от главного стояка, будет теплее.
5. При монтаже системы водяного отопления с использованием однотрубной схемы во всех комнатах поставили одинаковые батареи с равной площадью поверхности. Все комнаты теплоизолированы одинаково. При этом во всех комнатах температура будет одинаковой.

Водяное отопление

Необходимость в отоплении возникла в незапамятные времена, одновременно с тем, как люди научились строить для себя самые примитивные жилища. Первые жилища отапливались кострами, потом их сменили очаги, затем — печи. В ходе технического прогресса системы отопления постоянно совершенствовались и улучшались. Люди учились применять новые виды топлива, придумывали разные конструкции отопительных приборов, стремились уменьшить расход горючего и сделать работу отопительной системы автономной, не требующей постоянного контроля человека. В настоящее время наибольшее распространение получили системы водяного отопления, которое применяется для обогрева как многоквартирных домов в городах, так и небольших зданий в сельской местности. Принцип работы системы водяного отопления (см. рис.) удобно пояснить на примере отопительной системы небольшого жилого дома.
Источником теплоты для отопительной системы служит печь 1, в которой могут сгорать различные виды органического топлива — дрова, торф, каменный уголь, природный газ, нефтепродукты и пр. Печь нагревает воду в котле 2. При нагревании вода расширяется и ее плотность уменьшается, в результате чего она поднимается из котла вверх по вертикальному главному стояку 3. В верхней части главного стояка расположен имеющий выход в атмосферу расширительный бак 4, который необходим из-за того, что объем воды увеличивается при нагревании. От верхней части главного стояка отходит труба 5 («горячий трубопровод»), по которому вода подается к отопительным приборам — батареям 6, состоящим из нескольких секций каждая. После протекания через батареи остывшая вода по обратному трубопроводу 7 вновь попадает в котел, опять нагревается и снова поднимается по главному стояку. При наиболее простой однотрубной схеме все батареи соединяются друг с другом таким образом, что все секции оказываются параллельно подсоединенными к горячему и к обратному трубопроводу. Поскольку вода при протекании через батареи постепенно остывает, для поддержания одинаковой температуры в разных помещениях в них делают батареи с разным числом секций (то есть с разной площадью поверхности). В тех комнатах, в которые вода поступает раньше и поэтому имеет более высокую температуру, количество секций в батареях делают меньше, и наоборот. Вода в такой отопительной системе циркулирует автоматически, до тех пор пока в печи горит топливо. Для того чтобы циркуляция была возможна, все горячие трубопроводы и обратные трубопроводы в системе делают либо вертикальными, либо с небольшим уклоном в нужную сторону — так, чтобы вода по ним шла от главного стояка обратно к котлу под действием силы тяжести («самотеком»). Скорость циркуляции воды и степень обогрева можно регулировать, уменьшая или увеличивая количество топлива, сгорающего в печи в единицу времени. Вода циркулирует в отопительных системах такого типа тем лучше, чем больше расстояние по высоте между котлом и горячим трубопроводом. Поэтому печь с котлом стараются располагать как можно ниже -обычно их ставят в подвале либо, при его отсутствии, опускают до уровня земли, а горячий трубопровод проводят по чердаку.
Для нормальной работы отопительной системы очень важно, чтобы внутри нее не было воздуха. Для выпуска воздушных пробок, которые могут возникать в трубах и в батареях, служат специальные воздухоотводчики, которые открываются при заполнении системы водой (на рисунке не показаны). Также на трубах в нижней части системы устанавливаются краны 8, при помощи которых из отопительной системы при необходимости сливается вода.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.

1. Переход воды из жидкого состояния в газообразное при кипении является фазовым переходом первого рода.
2. Переход воды из жидкого состояния в газообразное при кипении является фазовым переходом второго рода.
3. Переход воды из жидкого состояния в газообразное при кипении не является фазовым переходом.
4. Переход воды из жидкого состояния в газообразное при кипении может быть отнесен к фазовому переходу как первого, так и второго рода — в зависимости от условий, при которых происходит переход.
5. При фазовом переходе скачком изменилась удельная теплоемкость вещества. Данный переход является фазовым переходом второго рода.

Фазовые переходы

Известно, что при изменении внешних условий — температуры или давления — вещество может изменять свое агрегатное состояние (переходить из газообразной формы в жидкую, из жидкой в твердую, либо из газообразной в твердую, и обратно). Однако, как показывает опыт, возможен и другой тип превращения вещества. Вещество при изменении внешних условий может изменять какие-либо свои свойства, оставаясь при этом в прежнем агрегатном состоянии. Такие изменения свойств вещества называют фазовыми переходами, и говорят, что вещество перешло из одной фазы в другую. Любое изменение агрегатного состояния, естественно, является фазовым переходом. Обратное утверждение неверно. Таким образом, фазовый переход — более широкое понятие, чем изменение агрегатного состояния.
Различают два основных типа фазовых переходов. Их так и называют — фазовый переход первого рода и фазовый переход второго рода. При фазовом переходе первого рода скачком изменяются плотность вещества и его внутренняя энергия (при этом другие характеристики также могут меняться). Последнее означает, что при фазовом переходе первого рода выделяется или поглощается теплота. Примерами фазового перехода первого рода как раз могут служить упомянутые выше изменения агрегатного состояния вещества. Например, при превращении воды в лед плотность вещества уменьшается (вещество расширяется) и выделяется теплота замерзания (равная по модулю теплоте плавления, поглощающейся при обратном фазовом переходе). При этом уменьшается удельная теплоемкость вещества.
При фазовом переходе второго рода плотность вещества и его внутренняя энергия остаются неизменными, поэтому такие переходы могут быть внешне незаметными. Зато скачкообразно изменяются удельная теплоемкость вещества, его коэффициент теплового расширения и некоторые другие характеристики. Примерами фазовых переходов второго рода могут служить переход металлов и сплавов из обычного состояния в сверхпроводящее, а также переход твердых веществ из аморфного состояния в стеклообразное.
Интересные примеры фазовых переходов первого рода наблюдаются у некоторых металлов. Например, если нагревать железо, то при достижении температуры +917 °C происходит перестройка его кристаллической решетки, в результате чего наблюдается увеличение плотности вещества и поглощается теплота фазового перехода. Этот фазовый переход обратим — при понижении температуры обратно до +917 °C плотность железа, наоборот, уменьшается, и происходит выделение теплоты фазового перехода.
Фазовые переходы могут быть и необратимыми. Ярким примером такого перехода может служить превращение так называемого «белого олова» в так называемое «серое олово». При комнатной температуре белое олово является пластичным металлом. При понижении температуры до примерно +13 °C оно начинает медленно переходить в другое фазовое состояние — серое олово — в котором олово существует в виде порошка. Фазовый переход происходит с очень малой скоростью (то есть после понижения температуры ниже точки фазового перехода олово все еще остается белым, но это состояние нестабильно). Однако фазовый переход резко ускоряется при понижении температуры до –33 °C, а также при контакте серого олова с белым оловом. Поскольку при данном фазовом переходе происходит резкое уменьшение плотности (и увеличение объема), то оловянные предметы рассыпаются в порошок, причем попадание этого порошка на «не пораженные» предметы приводит к их быстрой порче (предметы как бы «заражаются»). Вернуть серое олово в исходное состояние возможно только путем его переплавки.
Описанное явление получило название «оловянная чума». Оно явилось основной причиной гибели экспедиции Р. Ф. Скотта к Южному полюсу в 1912 г. (экспедиция осталась без топлива — оно вытекло из баков, запаянных оловом, которое поразила «оловянная чума»). Также существует легенда, согласно которой одной из причин неудачи армии Наполеона в России явились сильные зимние морозы, которые превратили в порошок оловянные пуговицы на мундирах солдат. «Оловянная чума» погубила многие ценнейшие коллекции оловянных солдатиков. Например, в запасниках петербургского музея Александра Суворова превратились в труху десятки фигурок — в подвале, где они хранились, во время суровой зимы лопнули батареи отопления.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.

1. Относительная влажность может принимать значения от 0 % до 100 %.
В таблице приведена зависимость концентрации n_max насыщенных паров воды в воздухе от температуры t. Концентрация паров в воздухе при выпадении тумана равна 2,37·10²³ 1/м³. Чему равна точка росы при условиях этого опыта?

2. 11 °C
3. 12 °C
4. 13 °C
5. 14 °C

Туман и роса

В воздухе всегда присутствуют водяные пары, концентрация которых может быть различной. Опыт показывает, что концентрация паров не может превышать некоторого максимально возможного значения nmax (для каждой температуры это значение свое). Пары с концентрацией, равной n_max, называются насыщенными. С ростом температуры максимально возможная концентрация водяных паров также растет. Отношение концентрации n
водяных паров при данной температуре к максимально возможной концентрации при той же температуре называется относительной влажностью, которая обозначается буквой f. Относительную влажность
принято измерять в процентах. Из сказанного следует, что f = (n/n_max) · 100%.
При этом относительная влажность не может превышать 100%.
Пусть при некоторой температуре t концентрация водяных паров в воздухе равна n, а относительная влажность меньше, чем 100%. Если температура будет понижаться, то вместе с ней будет уменьшаться и величина nmax, а значит, относительная влажность будет увеличиваться. При некоторой критической температуре относительная влажность достигнет значения 100% (в этот момент концентрация водяных паров станет максимально возможной при данной температуре). Поэтому дальнейшее понижение температуры приведет к переходу водяных паров в жидкое состояние — в воздухе образуются капли тумана, а на предметах выпадут капли росы. Поэтому упомянутая выше критическая температура называется точкой росы (обозначается tр).
На измерении точки росы основано действие прибора для определения относительной влажности воздуха — конденсационного гигрометра. Он состоит из зеркальца, которое может охлаждаться при помощи какого-либо
устройства, и точного термометра для измерения температуры зеркальца. При понижении температуры зеркальца до точки росы на нем выпадают капли жидкости. Величину относительной влажности воздуха определяют по измеренному значению точки росы при помощи специальных таблиц.
Существует еще одна разновидность тумана — ледяной туман. Он наблюдается при температурах ниже −(10 ÷ 15) °C и состоит из мелких кристалликов льда, которые сверкают либо в лучах солнца, либо в свете луны или фонарей. Особенностью ледяного тумана является то, что он может наблюдаться и при относительной влажности, меньшей 100% (даже менее 50%). Условием возникновения ледяного тумана при низкой относительной влажности является очень низкая температура (ниже −30 °C) и наличие обильных источников водяного пара (например, труб и сточных водоемов
промышленных предприятий, печных труб жилых помещений, выхлопных труб мощных двигателей внутреннего сгорания и т. п.). Поэтому ледяной туман при низкой влажности наблюдается в населенных пунктах, на крупных железнодорожных станциях, на активно действующих аэродромах и т. п.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.

1. В кастрюле-скороварке имеется предохранительный клапан, который открывается при давлении 1,4·10⁵ Па. Температура кипения воды в скороварке равна 100 °C.
2. В кастрюле-скороварке имеется предохранительный клапан, который открывается при давлении 1,4·10⁵ Па. Температура кипения воды в скороварке равна примерно 110 °C.
3. Давление насыщенного пара воды при температуре 20 °C составляет около 2 кПа, а давление насыщенного пара ртути при 20 °C — лишь 0,2 Па. Это означает, что кипение воды при температуре 20 °C невозможно.
4. Давление насыщенного пара воды при температуре 20 °C составляет около 2 кПа, а давление насыщенного пара ртути при 20 °C — лишь 0,2 Па. Это означает, что кипение ртути при температуре 20 °C невозможно.
5. Давление насыщенного пара воды при температуре 20 °C составляет около 2 кПа, а давление насыщенного пара ртути при 20 °C — лишь 0,2 Па. Это означает, что взаимодействие между молекулами ртути сильнее взаимодействия между молекулами воды.

Кипение

Ежедневно мы наблюдаем, как вода и ее пар переходят друг в друга. Лужи на асфальте после дождя высыхают, а водяной пар в воздухе по утрам часто превращается в мельчайшие капельки тумана.
Что произойдет, если сосуд с некоторым объемом жидкости закрыть крышкой? Каждую секунду поверхность жидкости по-прежнему будут покидать самые быстрые молекулы, ее масса будет уменьшаться, а концентрация молекул пара – увеличиваться. Одновременно с этим в жидкость из пара будет возвращаться часть его молекул, и чем больше будет концентрация пара, тем интенсивней будет процесс конденсации. Наконец наступит такое состояние, когда число молекул, возвращающихся в жидкость в единицу времени, в среднем станет равным числу молекул, покидающих ее за это время. Такое состояние называют динамическим равновесием, а соответствующий пар — насыщенным паром.
Давление насыщенного пара зависит от вида жидкости и температуры. Чем тяжелее оторвать молекулы жидкости друг от друга, тем меньше будет давление ее насыщенного пара. Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры представлена на рисунке.
Кипением называется процесс образования большого числа пузырьков пара, происходящий по всему объему жидкости и на ее поверхности при нагревании. На самом деле эти пузырьки присутствуют в жидкости всегда, но их размеры растут и они становятся заметны только при кипении. Пузырьки расширяются и под действием выталкивающей силы Архимеда отрываются от дна, всплывают и лопаются на поверхности.
Кипение начинается при той температуре, когда пузырьки газа имеют возможность расширяться, а это происходит, если давление насыщенного пара вырастет до атмосферного давления. Таким образом, температура кипения — это температура, при которой давление насыщенного пара данной жидкости равно атмосферному давлению (давлению над поверхностью жидкости).