В очень длинном вертикальном цилиндрическом сосуде с… (физика)

№ Насыщенный пар, испарение и конденсация

⚠️

Не решено: задание (про электросамокат в чаше) — на фото виден только текст условия, самих вопросов нет. Не решены и пункты г), д) задания — они обрезаны сверху. Пришлите фото с вопросами, ближе и крупнее.

В очень длинном вертикальном цилиндрическом сосуде с гладкими стенками под невесомым поршнем длительное время в состоянии равновесия находятся $m_{в} = 200$ г воды в жидком состоянии и $m_{п} = 20$ г водяного пара. Объёмом жидкой воды по сравнению с объёмом пара пренебрегите. Атмосферное давление $p_{а} = 1 0^{5}$ Па. Удельная теплота парообразования воды $L = 2, 3 \cdot 1 0^{6}$ Дж/кг. Молярная масса воды $M = 18 \cdot 1 0^{- 3}$ кг/моль. Универсальная газовая постоянная $R = 8, 31$ Дж/(К·моль). Температура в данной системе всё время постоянная.

а) Что произойдёт с объёмом пара, если на поршень поставить груз массой $m_{г} = 100$ г?

Уменьшится, но останется ненулевым
Увеличится
Не изменится
Пар полностью сконденсируется

б) Определите температуру водяного пара в исходном состоянии. Ответ выразите в градусах Цельсия, округлите до целых.

в) Медленно передвигая поршень из исходного состояния, объём цилиндра уменьшили в 2 раза. Какая масса воды будет находиться в жидком состоянии после этого? Ответ выразите в граммах, округлите до целых.

с) Вернёмся к исходному состоянию системы. Какую минимальную энергию нужно передать этой системе, чтобы в ней не осталось воды в жидком состоянии? Считайте, что за пределы системы вода — пар тепло не уходит. Ответ выразите в килоджоулях, округлите до целых (единица измерения на фото читается плохо).

Решение

а) В исходном состоянии пар насыщенный, поэтому его давление при данной температуре равно . Это максимально возможное давление пара при этой температуре. Груз увеличивает давление на пар до . При постоянной температуре давление пара больше быть не может, поэтому поршень опускается, пока пар не исчезнет. Весь пар конденсируется.

б) Давление насыщенного пара равно Па. Это почти нормальное атмосферное давление Па, при котором вода кипит при К. Уравнение Клапейрона — Клаузиуса:

в) Пока в сосуде есть и вода, и пар, пар остаётся насыщенным. Его давление и плотность не меняются. Объём пара уменьшился в раза, значит, масса пара тоже уменьшилась в раза:

Остальное перешло в жидкость:

с) Давление всё время равно , температура постоянна. Чтобы жидкости не осталось, нужно испарить всю воду:

Работа расширения при этом уже учтена в .

💡 Почему так

Насыщенный пар при данной температуре имеет вполне определённое давление. Если сжимать его при постоянной температуре, давление не растёт, а пар конденсируется. При постоянном давлении и температуре на испарение массы нужна энергия .

Ответ

а) Пар полностью сконденсируется
б) °C
в) г
с) кДж

Помогло?

В очень длинном вертикальном цилиндрическом сосуде с гладкими стенками под…