独創的なタスク。 飽和蒸気圧対温度

>>物理学: 温度に対する飽和蒸気圧の依存性。 沸騰

液体は蒸発するだけではありません。 一定の温度で沸騰します。
飽和蒸気圧対温度. 経験が示すように（これについては前の段落で説明しました）、飽和蒸気の状態は、理想気体の状態方程式（10.4）によってほぼ記述され、その圧力は次の式によって決まります。

温度が上昇すると、圧力が上昇します。 なぜなら 飽和蒸気圧は体積に依存しないため、温度のみに依存します。
ただし、依存性 r n.p。から T実験的に発見された は、一定体積の理想気体のように正比例しません。 温度が上昇すると、実際の飽和蒸気の圧力は理想気体の圧力よりも速く増加します ( 図11.1、曲線のセクション AB）。 これは、点を通る理想気体のアイソコアを描くと明らかになります。 しかしと で(破線)。 なぜこうなった？

液体を密閉容器で加熱すると、液体の一部が蒸気になります。 その結果、式 (11.1) より 飽和蒸気圧は、液体の温度の上昇だけでなく、蒸気の分子の濃度（密度）の増加によっても上昇します. 基本的に、温度の上昇に伴う圧力の増加は、濃度の増加によって正確に決定されます。 理想気体と飽和蒸気の挙動の主な違いは、密閉容器内の蒸気の温度が変化すると (または一定温度で体積が変化すると)、蒸気の質量が変化することです。 液体が部分的に蒸気になるか、逆に蒸気が部分的に凝縮します。 理想気体では、このようなことは起こりません。
すべての液体が蒸発すると、さらに加熱すると蒸気は飽和しなくなり、一定体積での圧力は絶対温度に正比例して増加します (図 1 を参照)。 図11.1、曲線のセクション 太陽).
. 液体の温度が上昇すると、蒸発速度が増加します。 最後に、液体が沸騰し始めます。 沸騰すると、急速に成長する蒸気の泡が液体全体に形成され、表面に浮かびます。 液体の沸点は一定です。 これは、液体に供給されたすべてのエネルギーが液体を蒸気に変えるために費やされるためです。 沸騰が始まる条件は？
液体には常に溶存ガスが含まれており、容器の底や壁、および気化の中心である液体中に浮遊する粉塵に放出されます。 気泡内の液体蒸気は飽和しています。 温度が上がると蒸気圧が上がり、気泡が大きくなります。 浮力の作用で、浮き上がります。 液体の上層の温度が低い場合、蒸気は気泡内のこれらの層で凝縮します。 圧力が急速に低下し、気泡が崩壊します。 崩壊は非常に速いため、泡の壁が衝突し、爆発のようなものを生み出します。 これらの微小爆発の多くは、特徴的なノイズを発生させます。 液体が十分に温まると、泡の崩壊が止まり、表面に浮き上がります。 液体が沸騰します。 ストーブのやかんを注意深く見てください。 沸騰する前にほとんど音がしなくなることがわかります。
飽和蒸気圧の温度依存性は、液体の沸点がその表面の圧力に依存する理由を説明しています。 蒸気の泡は、内部の飽和蒸気の圧力が、液体の表面の気圧 (外圧) と液柱の静水圧の合計である液体の圧力をわずかに超えると成長します。
液体の蒸発は沸点よりも低い温度で発生し、液体の表面からのみ発生するという事実に注意を払いましょう; 沸騰中、蒸気の形成は液体の全体積にわたって発生します.
沸騰は、泡の飽和蒸気圧が液体の圧力と等しくなる温度で始まります。
外圧が高いほど沸点が高くなる. つまり、1.6×10 6 Paに達する圧力の蒸気ボイラーでは、200℃の温度でも水は沸騰しません。 密閉容器内の医療機関 - オートクレーブ ( 図11.2) 水も高圧で沸騰します。 したがって、液体の沸点は 100°C よりはるかに高くなります。 オートクレーブは、手術器具などの滅菌に使用されます。

およびその逆、 外圧を下げることで、沸点を下げます. フラスコから空気と水蒸気をポンプで排出することにより、水を室温で沸騰させることができます ( 図11.3）。 山に登ると気圧が下がるので沸点が下がります。 標高 7134 m (パミール高原のレーニン山) では、気圧は約 4×10 4 Pa (300 mm Hg) です。 水は約70°Cで沸騰します。 これらの条件で肉を調理することは不可能です。

各液体には、飽和蒸気の圧力に依存する独自の沸点があります。 飽和蒸気圧が高いほど、液体の​​沸点は低くなります。これは、温度が低いと飽和蒸気圧が大気圧に等しくなるためです。 たとえば、沸点100°Cでは、飽和水蒸気の圧力は101,325 Pa (760 mm Hg)で、水銀蒸気はわずか117 Pa (0.88 mm Hg)です。 水銀は、常圧で 357°C で沸騰します。
飽和蒸気圧が液体内の圧力と等しくなると、液体は沸騰します。

???
1. 圧力が高くなると沸点が高くなるのはなぜですか?
2. 泡の中の飽和蒸気の圧力を上げて、泡の中の空気の圧力を上げないことが、なぜ沸騰に不可欠なのですか?
3.容器を冷やして液体を沸騰させる方法は？ (これはトリッキーな質問です。)

G.Ya.Myakishev、B.B.Bukhovtsev、N.N.Sotsky、物理学 10 年生

このレッスンの修正または提案がある場合は、

間違いなく、物理学は最も興味深い科学の 1 つです。 最も役に立たない実験でさえ、同時に非常にエキサイティングな場合があります。 たとえば、液体を冷やすと沸騰するというのは、信じられないことのように思えます。 結局のところ、 液体私たちが考えていたように、それは加熱する必要がありますが、冷却する必要はありません。 しかし、すべてが可能です。 そのような実験は特別なものを必要としません 液体、普通の水も適しています。特別な条件を作成するだけです。

必要になるだろう

• フラスコ、水、ガスバーナー、三脚。

命令

通常の水道水をフラスコに注ぎ、レベルの約半分を満たします。 その後、フラスコをガスバーナーに置き、水が沸騰するまで加熱します。

フラスコの水が沸騰したら火を止め、沸騰が止まるまで待ちます。 フラスコをゴム栓でしっかりと密閉し、逆さまにして三脚ホルダーに固定します。

次に、フラスコの底に冷水を注ぎ始めます。 冷やすほど 容器経験がより明確になります。 泡が水面に浮き上がり、フラスコ内の水が冷めると沸騰します。 これは、内部の水蒸気によって説明できます。 容器冷却すると、フラスコの壁に凝縮し始めます。 このため、フラスコ内の水蒸気圧が低下し始めます。 減圧下では、水は摂氏100度ではなく、より低い温度で沸騰し始めます。 水がまだ完全に冷えていないので、中の圧力が 容器 eが落ちたので、冷やすと沸騰します。

ノート

この実験では、耐熱ガラス製フラスコを使用することをお勧めします。 熱い容器を冷水で冷やすと、通常のガラスでは急激な温度低下で割れて実験ができなくなります。

どんな作品にも意味があるはずなので、評価することで子どもたちの興味を刺激することができます。 タスクが自宅で与えられた場合、問題に対する 5 つの異なる解決策 - 「5」のマーク、2 つの追加の解決策ごとに - 「5」の別のマーク。 タスクがクラスで与えられた場合、スコアは最も活発な学生に与えられました。

- 瓶に蓋をする 2 . これにより圧力が上昇し、その中の水の沸点が上昇します。

- 容器の水を塩漬けにする 2 - 沸点も上がります。

- 容器で水を沸騰させる 2 数回、沸騰の合間に冷まします。 したがって、水から不純物を除去し（それらは沈殿します）、その結果、気化の中心が除去されるため、水の沸点が上昇します。

- 容器の底に置く 2 超音波発生器。

- 両方の容器の底に乗るように、銅の棒を水中に置きます。 この場合、熱の導体が得られます。

– 容器内の水がなくなるまで待ちます 2 沸騰する。

- 瓶に注ぐ 2 100℃以上で沸騰する液体。

- 磁石を加熱します。 したがって、磁石内のドメインの方向を変えます。

- 爪を加熱します。 したがって、ドメインの方向を狂わせます
爪。

– 木製または非磁性金属製のレバーを使用してください。

・針金を釘に巻き付けて電流を流す。 したがって、釘を馬蹄形の端と同じ極性の磁石に変えます。

- 爪を鋭く引っ張る。

- 釘の上に鉄の棒を置きます。 したがって、磁気誘導の線を「短く」して、磁石の端の磁場を弱めます。

- 磁石をタップします。 変形は、磁石内のドメインの秩序だった向きの乱れにつながります。

– フラスコに空気を送り込みます。 ご存知のように、内側から押すとアーチが崩れやすいです。

- システム全体をベルの下に置き、チューブに栓をして、ベルから空気を排出します。 したがって、フラスコ内に過剰な圧力が発生し、前の場合と同様に破裂します。

– フラスコに水を入れて凍らせます。 フラスコが破裂するので、 水は冷えると膨張します。

– フラスコを不均等に加熱します。 フラスコの半分を冷やし、もう一方を加熱します。 熱膨張差で電球が割れます。

- フラスコに音波を送ります。 音によって電球の壁が振動し、共鳴すると電球が破裂します。

- その上にさらにいくつかのレンガを置きます。

- レンガを打ちます。

– 水が蒸発するまで待ちます。

- マグカップを加熱して蒸発を早めます。

- マグカップにスプーンを浸して凍らせます。 次に氷を入れたスプーンを取り出します。

ノート. 凍った直後はスプーンが取れないので、マグカップの縁を少し温める必要があります。

- グラスにスポンジを浸します。

- カクテル チューブをマグカップに浸し、水を吸い出します。

- 長いゴムチューブの端をマグカップに下げ、もう一方の端を液面より下に下げ、チューブから空気を吸い出します。水が流れ出します。

- チューブをマグカップに下ろし、もう一方の端を低圧の容器に入れます。 大気圧は水を別の容器に押し込みます。

- メガネを相対的に動かし、一方を他方に対して回転させます。

- しばらく待ってください。 システムは完全に密閉されておらず、ガスケットから空気が入ります。

– グラスの温度を上げます。たとえば、グラスに熱湯を注ぎます。 グラス内のガス圧が上昇します。

– システムをベルの下に置き、空気を排出します。 グラスの中の圧力は外側よりも大きくなります。

• 角氷を2等分する方法は?

- 見た。

- パン粉につぶして分けます。

- ホットナイフで切る。

- 半分加熱します。

- 立方体を溶かし、水を半分に分け、得られた半分を凍らせます。

- サポートを配置します。

- 足を床にくぎ付けします。

- 平衡が確立されるように実験的に傾斜角度を選択します。 この角度で椅子の脚をカットして、サポートの面積を増やします。

– 床のくぼみを斜めに切り、そこに椅子の脚を挿入します。

- 椅子を接着します。

• 数学的なマトニクを1つの平面でのみスイングさせる方法は?

– 負荷をその軸を中心に回転させます。 その結果、ジャイロスコープが得られ、知られているように、ジャイロスコープの回転面は空間内の位置を変えません。

- 磁場の中でアイアンウェイトを振ります。

– ガイド構造 (2 枚のプレート) を構築します。

– 静電界 (2 つの帯電したボールの間など) で金属製の重りを振ります。

– 起動時の微調整。

• ボトルの水を冷やす方法は？

- ボトルを冷蔵庫に入れます。

- 氷の下に置きます。

– 湿らせた布でボトルを包み、空気の流れの中に置きます。 水が布の表面から蒸発するにつれて、後者は冷却され、水筒から熱が奪われます.

- ボトルを湿らせた布で包み、ベルの下に置き、空気を排出します。 したがって、圧力を下げるため、蒸発が加速されます。

– ボトルを氷などの冷水を入れた容器に入れます。

- 化学的に冷蔵します。

• 2枚の金属板をつなぐには？

- ボルトとナットを使用してください。

・リベットを使用。

- のり。

- 寝る。

- 溶接。 (すべての金属が溶接できるわけではありません。 – エド。)

– スポット溶接を使用してください。

– 両方の合わせ面をきれいにして研磨し、しっかりと押します。 （これが、宇宙で冷間圧接が行われる方法です。 - エド。)

• 金属球を加熱するには？

- オーブンに入れます。

- 打つ。

- 長時間こすります。

- 変形します。

- 電流を流します。

• 湿った雑巾の乾燥を早める方法は？

- 乾燥した暖かい部屋でロープにぶら下がってください。

- できるだけ広げてください。

– 乾燥した空気の流れの中に置きます。

– 乾いた布 (新聞) の間に置き、定期的に交換してください。

– 雑巾に乾いた砂 (おがくず) をまき散らし、定期的に振り落とし、新しい砂をふりかけます。 砂は水分を吸収します。

– 強力な高周波電磁放射源の近くに置きます。 フーコー電流の作用の結果として、液体は加熱されます。

• 石の余分な部分を取り除く方法は？

– ノミとハンマーで切り落とします。

- 消去します。

– 石を熱し、急激に冷却します。 熱膨張による急激な温度低下の結果、石にひびが入ります。

- クールダウンとヒートアップを素早く行います。

- 見た。

- 溶けた。

• 雨の中でバケツを満たす最速の方法は何ですか?

– 家の屋根の排水溝の下にバケツを置きます。 そこでは、大きな屋根面から水が集められます。

- バケツの上にじょうごを置きます。

- 布の一方の端をバケツに下げ、もう一方の端を吊るします。 生地からバケツに水が流れます（水が溜まる面積が増えます）。

– 滴が落ちる方向に対して 45° の角度でバケツを置きます。 (悪化します。 - 赤.)

- バケツの中央に同じ名前の複数のチャージを配置します。 その結果、液滴の軌道が変化します。

• U 字管エルボの水位を別のエルボに比べて高くするにはどうすればよいですか?

- 片方の膝から空気を抜き、この膝をコルクで閉じます。

- 片方の膝に空気を送り込み、この膝をコルクで閉じます。

– 片方の膝に軽い液体 (灯油など) を注ぎます。

- 膝の間にパーティション（ピストン）を配置し、たとえばスレッド上で動かします。

– 浸透現象を利用します。

• マーシャリングヤードを転がり落ちるワゴンを慣性によってより長い距離を移動させるにはどうすればよいですか?

- 押す。

- 荷馬車に積み込みます。

– レールをオイルで潤滑し、摩擦係数を減らします。

- レールを冷却します。 大気には常に水蒸気が存在し、冷却されたレールに凝縮物が現れ、摩擦が減少します。

• 容器内の水面から 1 cm の高さに水分子が存在することを確認するにはどうすればよいですか?

- 芯を水に浸します。 水分子は毛細血管を通って上昇します。

- 氷を水に投げる: 氷は水に浮くので、水面から 1 cm 浮き上がった部分を拾うことができます。氷も水です。

- スポンジを下げます。 芯の場合と同様に、水は上昇します。

- お湯を沸かします。

- 何もしない。 水は任意の温度で蒸発するため、表面上、任意またはほぼ任意の高さで、少なくとも 1 つの H 2 O 分子が存在します。

• 狭い空間を明るくするには？

- マッチ（キャンドル、トーチ）に火をつけます。

-懐中電灯で照らしてください。

- 放電に点火する。

- 励起発光。

– チェレンコフ光彩 (水中の光速よりも速い速度で粒子が通過するときの水の光) を励起します。

• ケトル内の液体の沸騰を早める方法は？

– ヒーター出力を上げます。

- 水ではなく、沸騰しやすい液体 (アセトンなど) をケトルに注ぎます。

– やかんを断熱します。たとえば、厚手の布と綿の毛布で包みます。

– ケトルを減圧エリアに置きます。

- やかんを絶えずたたいて、水をかき混ぜます。

• 外殻を傷つけずにゼンマイ時計の動きを止める方法は？

- 長時間時計に触れないでください - 時計が止まります。

・強く振る、落とす、ぶつける。

- 液体に浸して凍らせます。

- 液体窒素に入れます。

– 交番磁場に置きます。

- 加熱します。

• 氷上でブーツの滑りを良くするには？

回答オプション

– ソールのトレッドを完全に拭き取ります。

– 氷を平らに、滑らかにします。

– 氷の表面を濡らします。

- 氷の上に油を垂らします。

- ブーツにスキッドを取り付けます (スケートを作るため)。

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Vyatka State Universityの4年生の学生は、2005年にレッスンと課外活動でこの資料を提供し、学校No. 5（スロボツコイ、キーロフ地域、ロシア連邦の名誉ある教師）で教育実習に合格しました ヴィクトル・イワノビッチ・エルキン [メール保護]）。 生徒たちは課題がとても好きで、喜んで解決しました。

間違いなく、物理学は最も興味深い科学の 1 つです。 最も役に立たない実験でさえ、同時に非常にエキサイティングな場合があります。 たとえば、液体を冷やすと沸騰するというのは、信じられないことのように思えます。 結局のところ、 液体私たちが考えていたように、それは加熱する必要がありますが、冷却する必要はありません。 しかし、すべてが可能です。 そのような実験は特別なものを必要としません 液体、普通の水も適しています。特別な条件を作成するだけです。

必要になるだろう

• フラスコ、水、ガスバーナー、三脚。

命令

通常の水道水をフラスコに注ぎ、レベルの約半分を満たします。 その後、フラスコをガスバーナーに置き、水が沸騰するまで加熱します。

フラスコの水が沸騰したら火を止め、沸騰が止まるまで待ちます。 フラスコをゴム栓でしっかりと密閉し、逆さまにして三脚ホルダーに固定します。

次に、フラスコの底に冷水を注ぎ始めます。 冷やすほど 容器経験がより明確になります。 泡が水面に浮き上がり、フラスコ内の水が冷めると沸騰します。 これは、内部の水蒸気によって説明できます。 容器冷却すると、フラスコの壁に凝縮し始めます。 このため、フラスコ内の水蒸気圧が低下し始めます。 減圧下では、水は摂氏100度ではなく、より低い温度で沸騰し始めます。 水がまだ完全に冷えていないので、中の圧力が 容器 eが落ちたので、冷やすと沸騰します。

ノート

この実験では、耐熱ガラス製フラスコを使用することをお勧めします。 熱い容器を冷水で冷やすと、通常のガラスでは急激な温度低下で割れて実験ができなくなります。

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