6.2 — Испарение, кипение и влажность

Испарение идёт с поверхности при любой температуре, кипение — во всём объёме при давлении насыщенного пара, равном внешнему. Быстрые молекулы покидают жидкость и охлаждают её.

ФГОС · 8 классФОП · базовый уровеньинтерактивная модель

испарениекипениенасыщенный парвлажностьточка росы

Физическая картина

Что происходит и какие границы имеет модель.

Главная идея

Скорость испарения растёт с температурой, площадью поверхности и движением воздуха.
Температура кипения зависит от внешнего давления.
Относительная влажность сравнивает фактическое содержание водяного пара с насыщением при той же температуре.

Как рассуждатьСначала назовите систему и взаимодействия, затем выберите величины и только после этого записывайте закон. Формула работает в пределах допущений модели.

Законы и величины

Символы следует читать как связь величин, а не как рецепт подстановки.

Q=Lm

теплота парообразования

\varphi=\frac{p}{p_{\text{нас}}}\cdot100\%

относительная влажность

Разбор ситуации

В горах вода кипит при температуре ниже 100 °C из-за меньшего атмосферного давления, поэтому приготовление пищи занимает больше времени.

Связи и применение

В реальном мире

Проверка модели

Сравнивайте предсказание с наблюдением, оценивайте единицы, порядок величины и влияние неучтённых факторов. Расхождение не всегда означает ошибку закона: часто идеализация перестаёт быть достаточной.

Что нужно понимать

Результат 1Объяснять физический смысл темы «Испарение, кипение и влажность» через модель, а не только через формулу.

Результат 2Различать и корректно использовать термины: испарение, кипение, насыщенный пар.

Результат 3Указывать условия применимости закона, проверять единицы и предельные случаи.

Термины темы

Определение должно указывать физический смысл, а не заменяться бытовым синонимом.

испарение: Парообразование со свободной поверхности жидкости при любой температуре.
кипение: Парообразование во всём объёме жидкости при равенстве давления насыщенного пара внешнему давлению.
насыщенный пар: Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью.
влажность: Характеристика содержания водяного пара в воздухе.
точка росы: Температура, до которой нужно охладить воздух, чтобы водяной пар стал насыщенным.

Происхождение и вывод формул

Фундаментальный закон нельзя «доказать» алгеброй: для каждой записи указано, является ли она определением, экспериментальным законом или следствием модели.

Q=Lm

эмпирический закон

Теплота парообразования. Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.

Q\sim m

Опыт устанавливает пропорциональность теплоты, нужной для парообразования, массе жидкости при неизменных условиях.

L=\frac{Q}{m}

Удельную теплоту парообразования L вводят как теплоту превращения единицы массы жидкости в пар.

Q=Lm

Для полной смены фазы удельную теплоту умножают на испарившуюся массу.

Условия: Жидкость превращается в пар при постоянной температуре кипения и заданном давлении; предварительный нагрев и теплопотери учитываются отдельно. Контроль: Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.

\varphi=\frac{p}{p_{\text{нас}}}\cdot100\%

определение

Относительная влажность. Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.

0\le p\le p_{\text{нас}}(T)

При данной температуре давление водяного пара сравнивают с давлением насыщенного пара при той же температуре.

\varphi=\frac{p}{p_{\text{нас}}}\cdot100\%

Относительную влажность вводят как это безразмерное отношение, выраженное в процентах.

Условия: Пар близок к идеальному, оба давления взяты при одной температуре; для ненасыщенного пара без капель воды 0 ≤ φ ≤ 100 %. Контроль: Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.

Границы модели и типичные ошибки

Ошибка: забыть условие моделиНельзя переносить формулу на любую ситуацию только из-за совпадения букв. Ключевое условие этой темы: Скорость испарения растёт с температурой, площадью поверхности и движением воздуха.

Как проверить рассуждениеТемпература кипения зависит от внешнего давления. Затем проверьте единицы, направление векторов и поведение результата при нулевом или очень большом параметре.

Поверхностное натяжение, смачивание и капилляры

Молекулы поверхностного слоя имеют избыточную потенциальную энергию, поэтому поверхность стремится уменьшить площадь. Сила поверхностного натяжения вдоль границы F = σl. Соотношение сил сцепления жидкости с поверхностью и внутри жидкости определяет смачивание. В тонкой трубке вода поднимается, если смачивает стенки; высота h = 2σcosθ/(ρgr) для круглого капилляра. Это углублённая модель, требующая чистой поверхности и равновесия.

Вывод по теме

Испарение, кипение и влажность

Скорость испарения растёт с температурой, площадью поверхности и движением воздуха.
Температура кипения зависит от внешнего давления.
Любой численный результат сопровождается единицей, знаком и объяснением его физического смысла.

Содержание сверено с ФРП по физике ООО/СОО 2025 года и тематикой действующих линий ФПУ: И. М. Пёрышкин и соавторы (7–9), Г. Я. Мякишев и соавторы (10–11); углубления — с линиями «Инженеры будущего» и В. А. Касьянова. Формулировки оригинальные, тексты учебников не воспроизводятся.