Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 14435
2020-11-28 
В стеклянный сосуд наливают сначала определенное количество четыреххлористого углерода ($CCl_{4}$), а затем воды. При нормальном атмосферном давлении вода кипит при $100^{ \circ} С$, а четыреххлористый углерод - при $76,7^{ \circ} С$. Если медленно нагревать сосуд в водяной бане, то на границе раздела жидкостей, которые не смешиваются, кипение начинается при $65,5^{ \circ} С$. Объясните это явление.
Решение:
Давление жидкости состоит из атмосферного давления и гидростатического давления столба жидкости (точнее, еще нужно добавить давление под изогнутой поверхностью жидкости $\frac{2 \alpha}{R}$, где $\alpha$ - коэффициент поверхностного натяжения, но это давление очень мало по сравнению с внешним атмосферным давлением и им можно пренебречь). Когда высота столба жидкости в сосуде несколько сантиметров, то гидростатическое давление составляет несколько тысячных от нормального атмосферного и им можно пренебречь. Давление насыщенного пара жидкости определяется ее температурой. В воде пузырьки содержат только пары воды, и при $100^{ \circ} С$ давление насыщенного пара воды равен нормальному атмосферному. В четыреххлористом углероде пузырьки содержат лишь пару $CCl_{4}$, и давление насыщенного пара равно атмосферному при $76,7^{ \circ} С$.
На границе раздела этих жидкостей пузырьки содержат как пары $CCl_{4}$ так и пары воды, и давление в этих пузырьках равно сумме парциальных давлений паров воды и $CCl_{4}$. Поэтому давление, равное атмосферному, установится в пузырьках, которые находятся на границе раздела, при температуре, меньше $76,7^{ \circ} С$. При этой температуре начинается кипение на границе раздела. Опыты показывают, что это происходит при температуре $65,5^{ \circ} С$. По таблицам зависимости давления насыщенного пара воды и $CCl_{4}$ от температуры подбирают такую ??температуру, при которой сумма давлений равно атмосферному. При $65,5^{ \circ} С$ давление насыщенного пара воды составляет $p_{1} = 192 мм рт. ст.$, а давление пара $CCl_{4}$ $p_{2} = 568 мм рт. ст.$ Во время кипения пузырьки поднимаются вверх, доходят до поверхности жидкости и разрываются. Итак, отношение масс жидкостей $m_{1}$ и $m_{2}$, которые испаряются за определенное время, равный отношению плотностей пары воды $\rho_{1}$ и $CCl_{4}$ $\rho_{2}$ в пузырьке.
Уравнивание Менделеева - Клапейрона плотность насыщенного пара $\rho_{н} = \frac{p_{н} \mu }{RT}$, где $p_{н}$ - давление насыщенного пара, $\mu$ - молекулярная масса пара. Тогда
$\frac{m_{1} }{m_{2} } = \frac{ \rho_{1} }{ \rho_{2} } = \frac{ p_{1} \mu_{1} }{ p_{2} \mu_{2} } = \frac{198 \cdot 18}{568 \cdot 154} \approx \frac{1}{25}$.
Итак, испарение $CCl_{4}$ происходит почти в 25 раз быстрее, чем испарение воды.
В стеклянный сосуд наливают сначала определенное количество четыреххлористого углерода ($CCl_{4}$), а затем воды. При нормальном атмосферном давлении вода кипит при $100^{ \circ} С$, а четыреххлористый углерод - при $76,7^{ \circ} С$. Если медленно нагревать сосуд в водяной бане, то на границе раздела жидкостей, которые не смешиваются, кипение начинается при $65,5^{ \circ} С$. Объясните это явление.
Решение:
Давление жидкости состоит из атмосферного давления и гидростатического давления столба жидкости (точнее, еще нужно добавить давление под изогнутой поверхностью жидкости $\frac{2 \alpha}{R}$, где $\alpha$ - коэффициент поверхностного натяжения, но это давление очень мало по сравнению с внешним атмосферным давлением и им можно пренебречь). Когда высота столба жидкости в сосуде несколько сантиметров, то гидростатическое давление составляет несколько тысячных от нормального атмосферного и им можно пренебречь. Давление насыщенного пара жидкости определяется ее температурой. В воде пузырьки содержат только пары воды, и при $100^{ \circ} С$ давление насыщенного пара воды равен нормальному атмосферному. В четыреххлористом углероде пузырьки содержат лишь пару $CCl_{4}$, и давление насыщенного пара равно атмосферному при $76,7^{ \circ} С$.
На границе раздела этих жидкостей пузырьки содержат как пары $CCl_{4}$ так и пары воды, и давление в этих пузырьках равно сумме парциальных давлений паров воды и $CCl_{4}$. Поэтому давление, равное атмосферному, установится в пузырьках, которые находятся на границе раздела, при температуре, меньше $76,7^{ \circ} С$. При этой температуре начинается кипение на границе раздела. Опыты показывают, что это происходит при температуре $65,5^{ \circ} С$. По таблицам зависимости давления насыщенного пара воды и $CCl_{4}$ от температуры подбирают такую ??температуру, при которой сумма давлений равно атмосферному. При $65,5^{ \circ} С$ давление насыщенного пара воды составляет $p_{1} = 192 мм рт. ст.$, а давление пара $CCl_{4}$ $p_{2} = 568 мм рт. ст.$ Во время кипения пузырьки поднимаются вверх, доходят до поверхности жидкости и разрываются. Итак, отношение масс жидкостей $m_{1}$ и $m_{2}$, которые испаряются за определенное время, равный отношению плотностей пары воды $\rho_{1}$ и $CCl_{4}$ $\rho_{2}$ в пузырьке.
Уравнивание Менделеева - Клапейрона плотность насыщенного пара $\rho_{н} = \frac{p_{н} \mu }{RT}$, где $p_{н}$ - давление насыщенного пара, $\mu$ - молекулярная масса пара. Тогда
$\frac{m_{1} }{m_{2} } = \frac{ \rho_{1} }{ \rho_{2} } = \frac{ p_{1} \mu_{1} }{ p_{2} \mu_{2} } = \frac{198 \cdot 18}{568 \cdot 154} \approx \frac{1}{25}$.
Итак, испарение $CCl_{4}$ происходит почти в 25 раз быстрее, чем испарение воды.
