Номер 263, страница 54 - гдз по физике 10 класс сборник задач Дорофейчик, Белая

263. Закрытый сосуд частично заполнен водой. Изменится ли концентрация молекул водяного пара в сосуде при нагревании воды?

Да, концентрация молекул водяного пара в сосуде при нагревании воды увеличится.

В исходном состоянии в закрытом сосуде над поверхностью воды находится её насыщенный пар. Это означает, что процессы испарения (перехода молекул из жидкости в пар) и конденсации (возвращения молекул из пара в жидкость) находятся в состоянии динамического равновесия, то есть их скорости равны. Концентрация молекул пара при этом постоянна.

При нагревании воды средняя кинетическая энергия её молекул возрастает. В результате увеличивается число молекул, обладающих достаточной энергией, чтобы покинуть поверхность жидкости. Это приводит к увеличению скорости испарения. Скорость конденсации на начальном этапе остается прежней, так как она зависит от концентрации молекул в паре.

Поскольку испарение начинает преобладать над конденсацией, общее количество молекул пара над жидкостью увеличивается. Так как объем сосуда не меняется, увеличение числа молекул в этом объеме означает увеличение концентрации водяного пара.

С ростом концентрации пара увеличивается и скорость конденсации. В итоге система приходит к новому состоянию динамического равновесия при более высокой температуре, где скорости испарения и конденсации снова уравниваются, но уже при более высокой концентрации молекул пара.

Давление насыщенного пара $p_н$ связано с его концентрацией $n$ и термодинамической температурой $T$ через уравнение состояния, которое для идеального газа имеет вид $p_н = nkT$, где $k$ — постоянная Больцмана. Известно, что с ростом температуры давление насыщенного пара растет очень быстро (нелинейно). Поскольку давление $p_н$ растет с температурой быстрее, чем сама температура $T$, то из формулы для концентрации $n = \frac{p_н}{kT}$ следует, что концентрация молекул насыщенного пара также увеличивается.

Ответ: Да, при нагревании воды концентрация молекул водяного пара в закрытом сосуде увеличится.