Parowanie i skraplanie – zadania

Zad. 1 W trakcie wrzenia cieczy i topnienia ciał krystalicznych musi być dostarczana energia. Czy przyczynia się to do wzrostu temperatury i energii wewnętrznej tych ciał?

Odp. Temperatura ciał nie wzrasta, ale rośnie ich energia wewnętrzna.

Zad. 2 Z jakiego powodu zazwyczaj po opadach deszczu pojawia się ochłodzenie powietrza?

Odp. Temperatura spadających kropel deszczu jest niższa od temperatury powierzchni Ziemi, a ponadto proces parowania związany jest z pobieraniem energii, a co za tym idzie temperatura się obniża.

Zad. 3 Z jakiego powodu po wyjściu z morza odczuwamy zimno, w szczególności, kiedy wieje wiatr?

Odp. Woda na ciele paruje, co powoduje pobieranie z niego energii, a w konsekwencji spadek temperatury.

Zad. 4 Opierając się na budowie cząsteczkowej substancji, określ, z jakiego powodu, podczas wrzenia przy stałym ciśnieniu zewnętrznym, nie zmienia się temperatura wrzącej cieczy.

Odp. Cząsteczki o dużej energii potencjalnej ulatują z cieczy tworząc parę. Energia wciąż dostarczana do wrzącej cieczy przeznaczana jest zaś wyłącznie na zwiększanie energii potencjalnej cząsteczek tej cieczy. Ich energia kinetyczna nie wzrasta.

Zad. 5 Określ, z jakiego powodu woda paruje bardzo wolno, alkohol nieco szybciej, a eter dosyć szybko. Oceń, czy szybkość parowania w temperaturze pokojowej jest związana z wartością ciepła parowania tych cieczy czy ich temperaturą wrzenia.

Odp. Ciecz o niskiej wartości ciepła parowania paruje szybciej niż ciecz charakteryzująca się wysoką jego wartością. Występuje więc związek z wartością ciepła parowania.

Zad. 6 Wyjaśnij, dlaczego ciecz ulega ochłodzeniu podczas parowania. Swoją odpowiedź uzasadnij, uwzględniając budowę cząsteczkową substancji.

Odp. W trakcie parowania wzrasta energia cząsteczek pary kosztem energii kinetycznej cząsteczek wody. Proces ten powoduje obniżenie się jej temperatury.

Zad. 7 W trakcie wrzenia cieczy i topnienia ciał krystalicznych, w procesie cieplnym dostarczana jest energia. Czy przyczynia się ona do zwiększenia energii kinetycznej cząsteczek?

Odp. Nie, wzrasta natomiast energia potencjalna oddziaływań międzycząsteczkowych.

Zad. 8 Określ stan skupienia, w którym energia wewnętrzna danej substancji jest najwyższa.

Odp. Największa energia wewnętrzna substancji występuje w stanie lotnym. Jej źródłem jest energia dostarczana w celu dokonania przekształcenia ze stanu stałego w ciekły, a potem lotny.

Zad. 9 Oblicz ilość energii niezbędną do ogrzania wody o masie 2 kg do temperatury wrzenia, a następnie jej wyparowania w tej temperaturze. Weź pod uwagę, że przed ogrzaniem znajdowała się ona w temperaturze 20°C, a wokół panowało ciśnienie atmosferyczne.

Odp. Wartość energii niezbędnej do zajścia opisanego procesu to w przybliżeniu 5,27 MJ.

Zad. 10 Dwie szklanki zalano wodą o temperaturze 85°C. Jedną z nich przykryto spodeczkiem. W której ze szklanek woda ostygnie szybciej?

Odp. Woda ostygnie szybciej w odkrytej szklance, gdyż uchodząca para będzie powodować utratę energii przez wodę.

Zad. 11 Rtęć i woda o jednakowych masach zostały umieszczone w środowisku o temperaturze 20°C. Wskaż, które z tych ciał wymaga większego dopływu energii w procesie cieplnym, aby zostało zamienione na parę przy właściwej mu temperaturze wrzenia?

Odp. Zarówno ogrzanie, jak i odparowanie wody wymaga dopływu 7,7 razy większej energii niż w przypadku rtęci o takiej samej masie. Nie ma na to wpływu wiele wyższa temperatura wrzenia rtęci, która wynosi 356°C.

Zad. 12 Do wrzącej wody o masie 2 kg dostarczono energię o wartości 230 kJ. Oblicz masę wody, jaka przez nią wyparowała.

Odp. Na skutek dostarczenia 230 kJ energii wyparowało 0,1 kg wody.

Zad. 13 Oblicz wartość energii, która wydzieli się w procesie skraplania 20 kg pary wodnej o temperaturze 100°C i schładzania jej o 70°C.

Odp. Wartość wydzielonej energii to w przybliżeniu 52 MJ.

Zad. 14 Oblicz wartość energii niezbędnej, aby dokonać destylacji 5 l wody o temperaturze początkowej 10°C.

Odp. Wartość energii niezbędnej do dokonania destylacji 5 l wody to w przybliżeniu 13,4 MJ.

Zad. 15 Dana jest kostka lodu o masie 2 kg i temperaturze 0°C. Oblicz wartość energii, jaką należy dostarczyć, by roztopić ten lód i ogrzać powstałą z niego wodę do temperatury wrzenia, a następnie zmienić ją w parę wodną o tej samej temperaturze.

Odp. Wartość energii niezbędnej do zajścia opisanego procesu to w przybliżeniu 6,1 MJ.