Испарение и конденсация. Решение задач

Этот урок — практикум. Мы не вводим новую формулу, а учимся строить доказательное объяснение: наблюдение → процесс → фактор → причина → граница вывода. Сначала решай сам, затем сравнивай с разбором.

Маршрут решения

Для каждой ситуации ответь на пять вопросов.

1. Наблюдение: что изменилось и какие объекты сравнивают?
2. Процесс: испарение или конденсация?
3. Фактор: площадь свободной поверхности, температура, движение воздуха или охлаждение поверхности?
4. Причина: как модель частиц объясняет наблюдение?
5. Граница: какие условия должны быть одинаковыми и когда результат может измениться?

Полезная речевая опора: «Если ..., то ..., потому что ... . Этот вывод относится к условиям, когда ...».

Задача 1. Чашка или блюдце?

Одинаковый объём воды одной температуры налили в чашку и широкое блюдце. Где за одинаковые $10$ минут испарится большая масса воды? Назови фактор, объясни причину и укажи условия честного сравнения. Высоту уровня не сравнивай: она зависит ещё и от формы сосуда.

Запиши свою цепочку до чтения разбора.

---

Разбор задачи 1

В блюдце свободная поверхность воды больше. Если площадь свободной поверхности больше, то больше частиц одновременно могут покинуть жидкость, поэтому за одинаковое время в блюдце испаряется большая масса воды. Вывод справедлив при одинаковых начальной температуре, объёме, веществе, движении воздуха и времени наблюдения.

Задача 2. Что меняет воздушный поток?

Две одинаковые ткани смочили одинаковым количеством воды. Возле правой ткани воздух у поверхности постоянно сменяется, а возле левой почти неподвижен. Какая ткань высохнет быстрее? Почему нельзя отвечать: «потому что ветер всегда холоднее»?

Составь цепочку «если — то — потому что» и назови хотя бы два сохраняемых условия.

---

Разбор задачи 2

Если поток постоянно сменяет воздух у влажной поверхности, то вода убывает быстрее, потому что поток уносит водяной пар от поверхности. Поток воздуха не обязан быть холоднее. Для честного сравнения ткани, начальная масса воды, температура и длительность опыта должны быть одинаковыми.

Задача 3. Прочитай график

В модельном сравнении сухая и влажная поверхности находятся рядом в одинаковых условиях. Получены две серии:

1. Построй две кривые $T_{\text{сух}}(t)$ и $T_{\text{влаж}}(t)$ в одних осях или считай точки с презентационного графика.
2. При $t=3$ мин считай обе температуры.
3. Вычисли разность показаний $\Delta T=T_{\text{влаж}}-T_{\text{сух}}$.
4. Объясни знак и сформулируй один допустимый и один недопустимый вывод.

Сначала выполни вычисление самостоятельно.

---

Разбор задачи 3

При $t=3$ мин сухая поверхность имеет температуру $22{,}1\ ^\circ\mathrm{C}$, а влажная — $20{,}3\ ^\circ\mathrm{C}$. Поэтому

$$\Delta T=T_{\text{влаж}}-T_{\text{сух}}=20{,}3-22{,}1=-1{,}8\ ^\circ\mathrm{C}.$$

Знак минус означает, что влажная поверхность холоднее сухой в тот же момент. Он не означает «отрицательную температуру»: обе температуры положительны.

Можно заключить: «В этой модельной серии при $t=3$ мин влажная поверхность холоднее сухой на $1{,}8\ ^\circ\mathrm{C}$; это согласуется с охлаждением при испарении». Нельзя заключить: «Любая влажная поверхность всегда холоднее ровно на $1{,}8\ ^\circ\mathrm{C}$». Число зависит от условий сравнения.

Задача 4. Откуда капли снаружи?

Исправная бутылка закрыта и не протекает, а её внешнюю стенку перед опытом вытерли насухо. Рядом стоит такая же бутылка комнатной температуры. Через минуту капли появляются только на холодной бутылке. Откуда взялась вода?

---

Разбор задачи 4

Холодная стенка охлаждает прилегающий воздух. Водяной пар воздуха конденсируется и превращается в жидкие капли на внешней поверхности. Исправная закрытая бутылка, сухая стенка до опыта и бутылка комнатной температуры усиливают контроль: капли связаны с охлаждением поверхности, а не с протечкой.

Задача 5. Почему охлаждает глиняный сосуд?

Через поры сосуда немного воды выходит к наружной поверхности и испаряется. Объясни, почему содержимое сосуда может охлаждаться. Назови условие, при котором эффект будет слабее.

---

Разбор задачи 5

Более быстрые частицы могут покинуть воду у поверхности. Средняя энергия оставшихся частиц уменьшается, поэтому оставшаяся вода может охлаждаться. Эффект обычно слабее, если окружающий воздух содержит больше водяного пара и почти не движется. Слово «может» важно: результат зависит от притока энергии извне, конструкции сосуда и условий среды.

Создай собственную задачу

Выбери один объект: бельё, лужа, зеркало, открытая банка или холодный термос.

1. Опиши наблюдение без объяснения.
2. Задай вопрос «почему?».
3. Дай ответ цепочкой «если — то — потому что».
4. Добавь условие, при котором вывод может измениться.

Частые ошибки

Проверь себя

1. Почему за одинаковое время в блюдце обычно испаряется большая масса воды, чем в чашке?
2. Как воздушный поток влияет на испарение и почему он не обязан быть холоднее?
3. Температура снизилась с $21{,}6\ ^\circ\mathrm{C}$ до $19{,}9\ ^\circ\mathrm{C}$. Найди $\Delta T$ и объясни знак.
4. Откуда берутся капли на более холодном зеркале после душа?
5. Почему результат одной модельной серии нельзя объявить физической константой?
6. Составь собственную цепочку «если — то — потому что» и добавь границу.

Сначала запиши ответы самостоятельно. Только после этого открывай ключ.

---

Ответы

1. Свободная поверхность в блюдце больше, поэтому за одинаковое время больше частиц может покинуть жидкость при прочих равных условиях.
2. Поток сменяет воздух у поверхности и уносит водяной пар, поэтому вода убывает быстрее; температура потока может быть такой же.
3. $\Delta T=19{,}9-21{,}6=-1{,}7\ ^\circ\mathrm{C}$; температура снизилась на $1{,}7\ ^\circ\mathrm{C}$.
4. Водяной пар воздуха охлаждается у более холодной поверхности и конденсируется.
5. Число зависит от температуры, площади поверхности, движения воздуха, длительности и других условий.
6. Ответ должен содержать наблюдение, процесс, фактор, причину и условие-границу.

Короткий итог

• Площадь свободной поверхности и движение воздуха могут изменять интенсивность испарения.
• Испарение может охлаждать жидкость, потому что её покидают более быстрые частицы.
• Конденсация образует капли из водяного пара окружающего воздуха.
• $\Delta T=T_{\text{влаж}}-T_{\text{сух}}$ сравнивает две поверхности в один момент; отрицательный знак означает, что влажная холоднее.
• Сильный вывод всегда содержит данные, причину и границу применимости.