Home » ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. » § 17. Свойства пара

§ 17. Свойства пара

ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. ГЛАВА II. ТЕПЛОТА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА.
§ 17. Свойства паров. 

Свойства пара

А в т о р ы :
Г. А. Бендриков, Б. Б. Буховцев, В. В. Керженцевг Г. Я. Мякишев

Скачать в хорошем качестве в формате PDF всю книгу (399 стр. — копировать не возможно) Задачи по Физике для поступающих в ВУЗы (8-е издание).

Текст, для быстрого ознакомления (в тексте для быстрого ознакомления формулы могут отображаться не корректно):

§ 17. Свойства паров.

Парами называют обычно газы при температуре ниже критической,
когда они могут быть превращены в жидкость повышением
давления без понижения температуры. Насыщенные пары — это
пары, находящиеся в равновесии со своей жидкостью. Если насыщенный
пар содержит взвешенные капельки жидкости, то он называется
мокрым или влажным, в противном случае — сухим. Ненасыщенный
пар называют также перегретым паром.
Ненасыщенный пар по своей природе ничем не отличается от
обычного газа. Поэтому для него справедливо уравнение газового
состояния:
pV = %-RT.
Г

80 Свойства паров. 

Свойства пара

Однако по мере приближения температуры к критической в состояниях,
близких к насыщению, наблюдаются заметные отклонения
от этого уравнения, возникающие из-за взаимодействия молекул
между собой. С этой же оговоркой это уравнение может быть применено
и в качестве уравнения состояния для сухого насыщенного
пара. В этом случае объем V в уравнении (12) будет уже не объемом
всего сосуда, а лишь объемом, который занимает пар (в сосуде кроме
насыщенного пара обычно содержится и некоторое количество
жидкости).
При рассмотрении процессов, происходящих с насыщенным паром,
нужно учитывать, что при изменении температуры, давления
_или объема меняется также и масса пара. В частности, при изотермическом
изменении объема масса пара изменяется пропорционально
объему. Следовательно, плотность пара р = m/V и его давление
не меняются. Поэтому для насыщенных паров уравнение состояния
часто удобно применять в виде р = |ыp/RT.

533. В цилиндре с поршнем находится жидкость под большим
давлением. Затем поршень очень медленно поднимают. Построить
график зависимости давления р в цилиндре при безграничном увеличении
объема V для двух постоянных
температур Тг и Т2 (изотермы
Тг — const и Т2 = const; 7\< Т2).
534. На рис. 67 представлена
зависимость давления насыщенных
паров от температуры (кривая
abck). Объяснить, почему эта зависимость,
в отличие от закона Шарля
для газов, не является линейной,
а также в каком случае зависимость
давления паров от
температуры будет изображаться
линиями abd и abce.

Свойства паров

Свойства паров

535. Перегретый пар, находящийся
в цилиндре под поршнем,
сначала нагревают при постоянном объеме, затем медленно сжимают
при постоянной температуре до полного сжижения. Начертить график
зависимости давления р от объема V.
536. Сколько молекул содержится в 1 кг насыщенных и ненасыщенных
паров ртути и воды? Число Авогадро N А = 6 *1023 моль»1,
молярная масса ртутных паров \ix = 0,2 кг/моль, воды \i2 =
= 0,018 кг/моль.
537. При температуре t = 4 °С давление сухого насыщенного
пара воды р = 0,8 кПа » 6 мм рт. ст. Во сколько раз плотность
воды рх при этой температуре больше плотности пара р2? Какие
объемы приходятся на одну молекулу воды и пара? Молярная масса
воды j.i == 0,018 кг/моль.

81 Свойства паров. Свойства пара

538. Во сколько раз при t = 400 °С плотность рх паров ртути
при атмосферном давлении отличается от плотности р2 насыщенных
паров ртути? Атмосферное давление рг = 0,1 МПа, упругость
(давление) насыщенных паров ртути при температуре t составляет
р2 = 0,22 МПа.
539. В котел объемом V = 5 м3 накачали воду с массой тх =
= 20 кг и нагрели содержимое котла до температуры t = 180 °С.
Найти массу т2 и давление р паров в котле. Плотность насыщенных
паров воды при температуре Т = 453 К равна р = 5,05 кг/м3.
Молярная масса воды jli = 0,018 кг/моль.
540. В замкнутом сосуде с объемом V = 1 м3 находится вода
с массой пг = 12 г и некоторое количество ее насыщенного пара,
плотность и давление которого при данной температуре равны соответственно
р = 8 -10“3 кг/м3 и р= 1,1 кПа. Какое давление рг установится
при увеличении объема в k = 5 раз? Температура при увеличении
объема не меняется.
541. Под колоколом воздушного насоса находится влажная
губка. При откачивании газа со скоростью v = 10 л/с под колоколом
установилось давление р = 1 кПа « 7,5 мм рт. ст. и температура
t — 7 °С. Спустя время т=1 ч после начала откачки давление резко
упало. Определить массу пг воды, которая содержалась в губке.
Молярная масса воды \х = 0,018 кг/моль.
542. Закрытый сосуд объемом Уг = 0,5 м3, содержащий воду массой
пг — 0,5 кг, нагрели до температуры t= 147 °С. На какую величину
V2 следует изменить объем сосуда, чтобы в нем содержались
только насыщенные пары воды? Давление насыщенных паров воды
при температуре Т = 420 К равно р — 0,47 МПа. Молярная масса
воды [г = 0,018 кг/моль.
543. В пароперегреватель, содержащий сухой пар с массой m —
==120 кг при температуре t = 177 °С (450 К), подано некоторое
количество тепла, из которого на долю пара пришлось
q= 18МДж. В результате давление пара достигло
предельного и поднялся предохранительный клапан
диаметром d = 4 см. Каково было начальное давление
пара ръ если сила, открывающая клапан, F —
= 1570 Н? Удельная теплоемкость пара с =
— 1,5 кДж/(кг «К).

Свойства паров. Физика

Свойства паров. Физика

544. В трубке (рис. 68) над водой в объеме V =
= 30 см3 находится смесь гелия и паров воды, имеющая
температуру ^=17°С. Высота столба воды в
трубке х = 10 см. Найти массу тг гелия и массу т2
паров воды в трубке. Давление насыщенных паров воды
при температуре t = 17 °С равно рх = 1,94 кПа ^ 14,5 мм рт.
ст. Молярная масса гелия \хг = 0,004 кг/моль, молярная масса
воды [х2 = 0,018 кг/моль, атмосферное давление р0 = 100 кПа.
545. В цилиндре под поршнем в объеме Уг =r 1 м3 при температуре
t = 30 °С находится смесь азота и насыщенных паров воды.
Масса смеси т0 = 286 г. Какая масса паров т сконденсируется,

82 Свойства паров. Свойства пара

если объем уменьшить в п раз (п = 3) при постоянной температуре?
Какое давление р было у смеси до сжатия? Давление насыщенных
паров воды при температуре t = 30 °С равно рх = 4,2 кПа. Молярная
масса воды jlxx = 0,018 кг/моль, азота щ — 0,028 кг/моль.
546. Влажный отработанный пар, содержащий п = 15% (по
массе) воды в виде капель, имеющий давление р = 15 кПа и температуру
t0 = 100 °С, конденсируют, смешивая с водой, температура
которой tx — 20 °С. Какая масса воды требуется на единицу массы
пара для получения смеси с температурой # = 40 °С? Температура
кипения воды при данном давлении t2 1=5 54 °С, удельная теплота ее
испарения А, = 2,2 МДж/кг, удельные теплоемкости воды сх =*
= 4200 Дж/(кг-К) и пара с2 = 1900 Дж/(кг«К).
547. Когда в воде нет растворенных газов, она может быть
нагрета при атмосферном давлении до температуры более высокой,
чем температура кипения. При введении в воду каким-либо способом
воздуха перегретая вода бурно, взрывообразно закипает, и температура
ее быстро падает до температуры кипения при атмосферном
давлении. Какая масса т пара получится из воды, нагретой до температуры
tx = 120 °С, если масса воды т1 =з 10 кг, ее удельная
теплоемкость с — 4200 Дж/(кг -К) и теплота испарения X =*
= 226 кДж/кг?
548. В закрытом сосуде объемом V — 0,4 м3 находятся в тепловом
равновесии при температуре tx — —23 °С лед и пары воды,
общая масса которых т =s 2 г. Какое количество теплоты q необходимо
сообщить содержимому сосуда для повышения его температуры
до t2 = —1 °С? Давление насыщенных паров воды рх =а
— 77 Па при температуре tx и р2 — 560 Па при температуре t2.
Удельные теплоемкости при температуре ниже 0 °С льда сх =*
= 2100 Дж/(кг*К) и паров воды с2 — 1300 Дж/(кг*К), удельные
теплоты плавления льда г = 340 кДж/кг и испарения воды Я =а
=s 2,2 МДж/кг. Молярная масса воды jut =: 0,018 кг/моль.
549. В объеме Vx = 20 л содержатся насыщенные пары воды
при температуре / = 100 °С. Какую работу надо совершить, чтобы
путем изотермического сжатия уменьшить объем паров до V2 =»
= 10 л? Объемом воды, образовавшейся при конденсации, пренебречь.
550. Найти работу пара по перемещению поршня на расстояние
I =s 40 см, если давление пара равномерно убывает при перемещении
поршня от значения рх — 2,2 МПа до значения р2 =? 0,2 кПа.
Площадь поршня 5 — 300 см2. Представить работу на графике
зависимости давления от объема.
551. Производят опыт Торичелли со спиртом вместо ртути.
Вычислить высоту hy до которой поднимется спирт, зная, что атмосферное
давление в момент опыта равно р — 93,6 кПа, плотность
спирта р = 760 кг/м3, давление паров спирта при температуре
опыта рх = 600 Па. Давлением паров ртути пренебречь.
552. Определить абсолютную влажность воздуха, если парциальное
давление пара в нем р — 14 кПа, а температура t = 60 °С
(Т — 333 К). Молярная масса воды [Л — 0,018 кг/моль.

83 Свойства паров. Свойства пара

553. Абсолютная влажность при температуре tx — 60 °С равна
= 0,005 кг/м3. Определить абсолютную влажность р2 после
понижения температуры до /2 = 20 °С. Давление насыщенных паров
при температуре t2 равно р2 = 2335 Па. Молярная масса воды
= 0,018 кг/моль.
554. Абсолютная влажность воздуха при температуре tx =
= 60 °С равна рх = 0,05 кг/м3. Найти абсолютную влажность р2
при понижении температуры до t2 = 10 °С. Давление насыщенных
паров при температуре t2 равно р2 = 1226 Па. Молярная масса
воды jut =’0,018 кг/моль.
555. В сосуде находится воздух, относительная влажность
которого при температуре tx = 10 °С равна fx = 60%. Какова будет
относительная влажность /2 после уменьшения объема в п раз (п = 3)
и нагревания до температуры t2 = 100 °С? Плотность насыщенных
паров при температуре tx равна р = 9,4 • 10~3 кг/м3. Молярная
масса воды jut = 0,018 кг/моль.
556. Плотность влажного воздуха при — температуре t = 27 °С
и давлении р = 103,0 кПа равна р = 1,190 кг/м3. Определить абсолютную
рх и относительную f влажность воздуха, если при температуре
t = 27 °С плотность насыщенных паров равна р0 =
= 0,027 кг/м3. Молярные массы воды \хх = 0,018 кг/моль и воздуха
|л2 = 0,029 кг/моль. Универсальная газовая постоянная R =
= 8,31 Дж/(моль-К).
557. В комнате при температуре t = 20 °С относительная влажность
= 20%. Сколько нужно испарить воды для увеличения
влажности до величины /2 = 50%, если объем комнаты V = 40 м3?
Плотность насыщенных паров воды при температуре t = 20 °С
равна р = 1,73 -10″2 кг/м3.
558. В комнате объемом V = 50 м3 относительная влажность
воздуха f = 40%. Если испарить дополнительно воду с массой
m = 60 г, то относительная влажность будет f = 50%. Какова
при этом будет абсолютная влажность р воздуха?
559. Определить отношение плотностей влажного (относительная
влажность / = 90%) и сухого воздуха при давлении р0 =
= 100 кПа и температуре t = 27 °С. Плотность насыщенных паров
воды при этой температуре р0 = 0,027 кг/м3, молярные массы воздуха
jutx = 0,029 кг/моль, воды \х2 = 0,018 кг/моль. Универсальная
газовая постоянная R = 8,31 Дж/(моль«К).

84 Свойства паров. Свойства пара

§ 17. Свойства паров. ОТВЕТЫ И РЕШЕНИЯ.
На главную страницу ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ ПОСТУПАЮЩИХ В ВУЗЫ.

Статистика


Яндекс.Метрика