Номер 12, страница 43 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

12. Если в сосуд налить немного воды, а сверху — эфира, а затем насосом откачать из него пары эфира, то вода в сосуде замерзнет. Объясните это явление.

Описанное явление объясняется физическими процессами испарения и теплообмена. Ключевую роль играет интенсивное испарение эфира, которое приводит к сильному охлаждению воды.

1. Свойства эфира и роль насоса. Эфир — это очень летучая жидкость. Это означает, что он легко испаряется даже при комнатной температуре. Когда с помощью насоса откачивают воздух, а затем и пары эфира из пространства над жидкостью, давление в сосуде значительно снижается. Температура кипения любой жидкости напрямую зависит от внешнего давления: чем ниже давление, тем ниже температура кипения. Постоянная откачка паров насосом не позволяет установиться равновесию между жидкостью и паром, что провоцирует очень интенсивное, бурное испарение (фактически, кипение) эфира при низкой температуре.

2. Энергия и испарение. Процесс испарения (парообразования) является эндотермическим, то есть для перехода из жидкого состояния в газообразное веществу необходимо поглотить энергию. Эту энергию называют удельной теплотой парообразования ($L$). Интенсивно испаряясь, эфир забирает эту энергию из своего ближайшего окружения. В данном эксперименте окружением является оставшаяся жидкая фракция эфира и, что самое важное, вода, с которой он находится в непосредственном тепловом контакте.

3. Замерзание воды. Вследствие бурного испарения эфира происходит очень быстрый отвод теплоты от воды. В результате температура воды начинает стремительно падать. Как только температура воды достигает 0 °C, начинается процесс кристаллизации (замерзания). Чтобы вода превратилась в лед, у нее необходимо отнять еще и удельную теплоту кристаллизации (плавления) $λ$. Интенсивное испарение эфира продолжает отбирать эту энергию у воды, что обеспечивает ее полное превращение в лед.

Таким образом, создавая низкое давление, насос обеспечивает условия для бурного испарения эфира. Этот процесс отнимает у воды такое большое количество тепловой энергии, что она сначала охлаждается до 0 °C, а затем замерзает.

Ответ: Вода в сосуде замерзает, потому что откачка паров эфира насосом вызывает его очень интенсивное испарение. Для испарения требуется энергия (теплота), которую эфир активно отбирает у контактирующей с ним воды. Это приводит к сильному охлаждению воды до температуры 0 °C и ее последующему превращению в лед.