Задание 97B0CB: Молекулярная физика и термодинамика

1. Кипение — образование и рост пузырьков пара во всём объёме жидкости. Водяной пар внутри пузырьков близок к насыщенному, поэтому его давление зависит от температуры воды. Пузырьки могут устойчиво расти, когда давление пара достигает внешнего давления на жидкость с учётом небольшого гидростатического добавления.
2. Для неглубокого слоя воды пренебрегаем давлением столба жидкости и поверхностным натяжением, как предполагает графическая модель задачи. Тогда условие начала кипения:
pн(t) ≈ p внешнее.
Здесь p внешнее — полное давление под колоколом насоса. Система отсчёта связана с установкой; механические оси не требуются, поскольку ищем давление фазового равновесия.
3. На графике находим t = 40 °C по горизонтальной оси, проводим вертикаль до кривой насыщенного пара, затем горизонталь к оси давления. Получаем pн ≈ 70 гПа.
Подстановка в условие кипения и перевод единиц:
p внешнее ≈ pн(40 °C) ≈ 70 гПа = 70·100 Па = 7000 Па = 7 кПа.
4. Проверка. Это значительно ниже обычного атмосферного давления около 100 кПа, поэтому насос действительно должен откачать большую часть воздуха. При нормальном давлении насыщенный пар при 40 °C не может обеспечить рост пузырьков, и вода при этой температуре не кипит. При откачке давление падает, а вместе с ним уменьшается температура кипения. График задаёт приближённое значение, не требующее уточнения по сторонним таблицам.

Ответ: около 70 гПа (7 кПа).