Свойства паров.
Глава II. ТЕПЛОТА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
Страницы переведены на новый сайт:
СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ФИЗИКЕ
https://myeducation.su/sbornik-zadach-po-elementarnoj-fizike/
можете посмотреть текст для быстрого ознакомления (в них формулы отображаются не корректно). Эти тексты и форма поиска на сайте помогут Вам быстрее найти нужную информацию.
398. В калориметр, содержащий 100 г льда при температуре
—20 °С, впускают 150 г водяного пара, имеющего
температуру + 100 °С. Какую температуру примет содержимое
калориметра, если его теплоемкость 300 Дж/град?
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ.
Свойства пара.
399. Почему в момент выключения газовой горелки из
кипящего чайника сразу же вырывается сильная струя
пара, хотя до этого пара не было видно?
400. Показать, что плотность водяного пара при температурах,
близких к комнатным, выраженная в г/м3, приближенно
равна давлению водяного пара, выраженному в
миллиметрах ртутного столба.
82 СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ФИЗИКЕ. ТЕПЛОТА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. Физика в средней школе
401. Давление насыщенных паров воды в герметически
закрытом сосуде возрастает с температурой так, как показано
на рис. 155. Давление же
идеального газа при постоянном
объеме прямо пропорционально
температуре. Используя таблицу
свойств насыщенного водяного пара
(см. табл. I), выяснить, пригодно
ли уравнение состояния
идеального газа для вычисления
плотности или удельного объема
насыщенных паров воды. Объяснить
полученный результат.
402. В цилиндре под поршнем
изотермически сжимают 9 г водяного
пара при температуре 30 9С.
При каком объеме пар начнет конденсироваться?
(Воспользоваться
табл. I.)
403. В комнате при температуре 15 °С относительная
влажность равнялась 10%. Как изменится относительная
влажность, если температура в комнате постепенно увеличится
на 10 °С?
404. На улице целый день моросит холодный осенний
дождь. В комнате развешено выстиранное белье. Высохнет
ли белье быстрее, если открыть форточку?
ТАБЛИЦА I
Свойства насыщенного водяного пара
Свойства насыщенного водяного пара
83 СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ФИЗИКЕ. ТЕПЛОТА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. Физика в средней школе
405. Два сосуда, соединенные трубками с кранами, наполнены
водой до разных уровней (рис. 156). Воздух из
сосудов откачан. Что произойдет,
если соединить сосуды,
1) открыв кран в нижней
трубке, 2) открыв кран в
верхней трубке?
406. Чему равна относительная
влажность воздуха
при температуре ^ = 1 0 °С,
если конденсация влаги из
этого воздуха, нагретого предварительно
до 4 = 3 0 °С, началась
при давлении в 10 атмосфер?
Начальное давление
воздуха равно 1 атм. (Воспользоваться
данными табл. I.)
407. Пористое тело было помещено для просушки под
колокол вакуумного насоса. Давление под колоколом держалось
на уровне 6,5 мм рт. ст. в течение часа, после чего
резко упало. Производительность насоса 60 л/мин. Установившаяся
под колоколом насоса температура t—5 °С.
Какое количество воды содержало тело?
408. В’ теплоизолированном цилиндре под невесомым
поршнем находится т = 3 0 г воды при температуре 0 °С.
Площадь поршня S=512 см2, внешнее давление р= 1 атм.
На какую высоту поднимется поршень, если находящийся
в цилиндре электрический нагреватель Выделит <2===
— 24 200 Дж тепла?
84 СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ФИЗИКЕ. ТЕПЛОТА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. Физика в средней школе
§18. Свойства паров. Ответы.
^ 8 . В калориметре будут вода и пар при температуре 100 °С.
399. Сам водяной пар невидим. Мы можем наблюдать только
облако мельчайших капель, возникающих после конденсации. При
выключении газа исчезают струи нагретого воздуха, ранее обтекавшие
чайник. При этом выходящий из чайника водяной пар охлаждается
и конденсируется.
400. На основании уравнения состояния идеального газа
p —m/V — pn/RT. Если давление выражать в мм рт. ст., а объем
в м3, , то R_ = 7 60-0,0-2—2—4- — мм рт. ст.-м8/(К-моль). Отсюда р = 2 /о
= 1,06р 273/Г. При температурах, близких к комнатным, т. е. при
Т и 290 К, будет р яз р,
401. На первый взгляд кажется, что уравнение состояния идеального
газа не может дать близких к действительным значений плотности
или удельного объема насыщенных паров. Однако это ие так.
278 СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ФИЗИКЕ. ТЕПЛОТА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. Ответы.
Если подсчитать плотность пара по формуле p — m/V — pp/RT и
сравнить нолучёняые значения с приведенными в табл. I, то обнаружится
хорошее совпадение.
Объясняется это следующим образом. Давление идеального газа
растет прямо пропорционально температуре при постоянном объеме
газа и, следовательно, при постоянной плотности. Изображенная же
на рис. 155 зависимости давления насыщенных паров от температуры
соответствует постоянному объему насыщенного пара и жидкости,
с которой он находится в равновесии. При возрастании температуры
плотность пара увеличивается, так как жидкость частично переходит
в пар. При этом малому изменению объема, который занимает пар,
соответствует значительное увеличение его массы. Отношение давления
к плотности оказывается, приближенно, пропорциональным температуре,
как и в случае идеального газа.
Уравнение Клапейрона—Менделеева дает в основном правильную
зависимость между р, V и Т для водяного пара вплоть до значений
этих параметров, которые соответствуют началу конденсации.
Но оно не способно описать процесс перехода пара в жидкость я,
в частности, указать, при каких значениях р, V и Т начнется этот
переход.
462. При 30 °С давление насыщенных паров р =31,82 мм рт. ст.
Согласно уравнению состояния идеального газа
V— m RT я 296 л.
|i Р
403. При медленном увеличении температуры давление водяных
паров в комнате можно считать неизменным. Влажности А0=Ю% соответствует
давление паров р = А0р0/( 100%), где р0 = 12,79 мм рт. ст.—
давление насыщенных паров при 15 °С. При температуре 25 °С давление
насыщенных паров рц — 23,76 мм рт. ст. Следовательно, искомая
относительная влажность
А 100% = — ^ = 5 , 4 % .
Pi Pi
404. По условиям задачи относительная влажность и на улице,
и в комнате близка к 100%. Однако давление насыщенных паров
воды на улице гораздо меньше, чем в комнате, так как температура
воздуха в комнате выше, а дли выравнивания давлений за счет проникновения
паров сквозь щели наружу требуется значительное
время. Поэтому при открывании форточки пары начнут быстро проникать
из комнаты наружу, и белье высохнет быстрее.
405. 1) Уровни воды сравняются, как у сообщающихся сосудов.
Водяные пары в левом сосуде будут частично конденсироваться, а
в правом сосуде часть воды испарится.
2) Уровни сравняются в результате перетекания паров из одного
сосуда в другой. При данной температуре давление насыщенных паров
одинаково в обоих сосудах у поверхности жидкости и убывает
одинаковым образом с высотой. Поэтому давление паров на одном
й том же уровне в сосудах неодинаково, что и приводит к перетеканию
пара и последующей конденсации его в сосуде с низким
уровнем воды.
406. При /2 = 30 °С давление паров оказалось равным давлению
р20 насыщенных паров (рго = 31,8 мм рт. ст.) только при давлении
воздуха в 10 атм. При изотермическом уменьшении давления
279 СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ФИЗИКЕ. ТЕПЛОТА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. Ответы.
воздуха л 10 раз объем его увеличится, так»® в 10 раз. Следовательно,
при. атмосферном давлений .и уемпературе 30 “С давление
водяного пара было равно р = 3,18 мм рт.. ст. Из уравнения Клапейрона
вытекает, что при температуре 11 = 10 еС давление пара
Pi — pTi/Tit где 7’1 = 283К, а Т 8=303 К. Искомая относительная
влажность равна _
где р0= 9 ,2 мм р т /с т .—давление насыщенных паров при <1 = 10°С.
. 407. Давление р = 6,5 мм рт. с т .— это давление насыщенных
водяных паров при < = 5 “С. Резкое падение давления свидетельствует
о том, что вся вода перешла в пар. Объем пара, откачанный
насосом до полного испарения воды, V = 3600 л. На основании уравнения
состояния Клапейрона—Менделеева искомая масса воды
m—pVplRT « 23,4 г.
408. На нагревание воды до 100 °С необходимо количество тепла
Qi=mc Д1 = 12 600 Дж. Следовательно, на парообразование будет
затрачено QS = Q — Q, = l! 600 Дж. Количество воды, перешедшей
в пар, равно m1 = Qs/% — 5,1 г. По уравнению состояния идеального
газа это количество пара займет объем К= (/п 1/р,)7?77р. Пренебрегая
уменьшением объема, занятого водой, найдем высоту поднятия
поршня: A = K/S=17cm.
280 СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ФИЗИКЕ. ТЕПЛОТА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. Ответы.
