-->
|
|
|
Ãëàâíàÿ >> Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà. Òåðìîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10 êë. Ìÿêèøåâ |
|
Ãëàâà 6. Âçàèìíûå ïðåâðàùåíèÿ æèäêîñòåé è ãàçîâ Ïðèìåðû ðåøåíèÿ çàäà÷Ïðè ðåøåíèè çàäà÷ ïî ýòîé òåìå íàäî èìåòü â âèäó, ÷òî äàâëåíèå è ïëîòíîñòü íàñûùåííîãî ïàðà íå çàâèñÿò îò îáúåìà, à çàâèñÿò òîëüêî îò òåìïåðàòóðû. Äàâëåíèå íàñûùåííîãî ïàðà ñ÷èòàåòñÿ èçâåñòíîé âåëè÷èíîé (ñîîáùàåòñÿ â óñëîâèè çàäà÷è èëè íàõîäèòñÿ â ñîîòâåòñòâóþùèõ òàáëèöàõ). Óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà âäàëè îò êðèòè÷åñêîé òåìïåðàòóðû ïðèáëèæåííî ïðèìåíèìî äëÿ îïèñàíèÿ íàñûùåííîãî ïàðà. Íî ïðè ñæàòèè èëè íàãðåâàíèè íàñûùåííîãî ïàðà åãî ìàññà èçìåíÿåòñÿ. Çàäà÷à 1 çàìêíóòîì ñîñóäå îáúåìîì V = 1 ì3 íàõîäèòñÿ âîäà ìàññîé m = 12 ã è íàñûùåííûé ïàð; ïëîòíîñòü è äàâëåíèå ïàðà ïðè äàííîé òåìïåðàòóðå ðàâíû ñîîòâåòñòâåííî ρ = 8 • 10-3 êã/ì3 è ð = 1,1 êÏà. Êàêîå äàâëåíèå óñòàíîâèòñÿ ïðè óâåëè÷åíèè îáúåìà â k = 5 ðàç? Ñ÷èòàòü, ÷òî òåìïåðàòóðà ïðè óâåëè÷åíèè îáúåìà íå èçìåíÿåòñÿ. Ðåøåíèå.  ñîñóäå ïåðâîíà÷àëüíî ñîäåðæàëñÿ íàñûùåííûé ïàð ìàññîé m1 = ρV = 8 • 10-3 êã (îáúåìîì, çàíèìàåìûì âîäîé, ìîæíî ïðåíåáðå÷ü). Ìàññà âîäû è ïàðà áûëà ðàâíà m + m1 = 2 • 10-2 êã. Äëÿ íàñûùåíèÿ îáúåìà, ðàâíîãî kV, íåîáõîäèì ïàð ìàññîé m2 = ρkV = 4 • 10-2 êã. Òàê êàê m + m1 < m2, òî ïîñëå óâåëè÷åíèÿ îáúåìà ïàð ñòàíåò íåíàñûùåííûì. Åãî ïëîòíîñòü Äàâëåíèå ïàðà ïðè äàííîé òåìïåðàòóðå ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíî ïëîòíîñòè. Ïîýòîìó
Çàäà÷à 2 çàêðûòîì ñîñóäå îáúåìîì V1 = 0,5 ì3 íàõîäèòñÿ âîäà ìàññîé m = 0,5 êã. Ñîñóä íàãðåëè äî òåìïåðàòóðû t = 147 °Ñ. Íà êàêóþ âåëè÷èíó ΔV ñëåäóåò èçìåíèòü îáúåì ñîñóäà, ÷òîáû â íåì ñîäåðæàëñÿ òîëüêî íàñûùåííûé ïàð? Äàâëåíèå íàñûùåííîãî ïàðà ïðè òåìïåðàòóðå t = 147 °Ñ ðàâíî ð0 = 4,7 • 105 Ïà. Ðåøåíèå. Íàñûùåííûé ïàð ïðè äàâëåíèè ð0 çàíèìàåò îáúåì
ãäå Ì = 0,018 êã/ìîëü — ìîëÿðíàÿ ìàññà âîäû. Îáúåì ñîñóäà V1 > V è ïàð íå ÿâëÿåòñÿ íàñûùåííûì. ×òîáû ïàð ñòàë íàñûùåííûì, îáúåì ñîñóäà ñëåäóåò èçìåíèòü íà
Îáúåì ñîñóäà äîëæåí áûòü óìåíüøåí íà 0,3 ì3. Çàäà÷à 3Êóñîê àëþìèíèÿ ìàññîé m1 = 537 ã, íàãðåòûé äî òåìïåðàòóðû t1 = 200 °Ñ, îïóñòèëè â âîäó ìàññîé m2 = 400 ã ïðè òåìïåðàòóðå t2 = 16 °Ñ. Âîäà íàãðåëàñü äî òåìïåðàòóðû t = 50 °Ñ è ÷àñòè÷íî èñïàðèëàñü. Îïðåäåëèòå ìàññó èñïàðèâøåéñÿ âîäû. Óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü àëþìèíèÿ ñ1 = 920 Äæ/(êã • Ê). Óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü âîäû ñ2 = 4200 Äæ/(êã • Ê), à óäåëüíàÿ òåïëîòà ïàðîîáðàçîâàíèÿ âîäû ïðè òåìïåðàòóðå êèïåíèÿ (tK = 100 °Ñ) ðàâíà r = 2,26 ÌÄæ/êã. Òåïëîâûìè ïîòåðÿìè ïðåíåáðå÷ü. Ðåøåíèå. Êîëè÷åñòâî òåïëîòû, îòäàííîå êóñêîì àëþìèíèÿ: Q1 = c1m1(t - t1). Êîëè÷åñòâî òåïëîòû, ïîëó÷åííîå âîäîé, ñêëàäûâàåòñÿ èç êîëè÷åñòâà òåïëîòû, ïîëó÷åííîãî âñåé âîäîé ïðè íàãðåâàíèè îò t2 äî t: Q2 = c2m2(t - t2). è êîëè÷åñòâà òåïëîòû, èçðàñõîäîâàííîãî äëÿ íàãðåâàíèÿ ÷àñòè âîäû ìàññîé m3 îò t äî tK è åå èñïàðåíèÿ ïðè ýòîé òåìïåðàòóðå: Q3 = c2m3(tK -t) + rm3. Ïðåíåáðåãàÿ òåïëîâûìè ïîòåðÿìè, çàïèøåì óðàâíåíèå òåïëîâîãî áàëàíñà: Q3 + Q3 + Q3 = 0. èëè c1m1(t - t1) + c2m2(t - t2) + c3m3(tK - t) + rm3 = 0. Îòêóäà
Çàäà÷à 4Ïîðèñòîå òåëî áûëî ïîìåùåíî äëÿ ïðîñóøêè ïîä êîëîêîë âàêóóìíîãî íàñîñà. Äàâëåíèå ïîä êîëîêîëîì äåðæàëîñü íà óðîâíå 6,5 ìì ðò. ñò. â òå÷åíèå 1 ÷, ïîñëå ÷åãî ðåçêî óïàëî. Ïîäà÷à íàñîñà 60 ë/ìèí. Óñòàíîâèâøàÿñÿ ïîä êîëîêîëîì íàñîñà òåìïåðàòóðà t = 5 °Ñ. Ñêîëüêî âîäû ñîäåðæàëî òåëî? Ðåøåíèå. Äàâëåíèå ð = 6,5 ìì ðò. ñò. — ýòî äàâëåíèå íàñûùåííûõ âîäÿíûõ ïàðîâ ïðè t = 5 °Ñ. Ðåçêîå ïàäåíèå äàâëåíèÿ ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî âñÿ âîäà ïðåâðàòèëàñü â ïàð. Îáúåì ïàðà, îòêà÷àííîãî íàñîñîì äî ïîëíîãî èñïàðåíèÿ âîäû, V = 3600 ë. Ïîëüçóÿñü óðàâíåíèåì ñîñòîÿíèÿ Ìåíäåëååâà— Êëàïåéðîíà, íàõîäèì èñêîìóþ ìàññó âîäû
Çàäà÷à 5 ñîñóäå íàõîäèòñÿ âîçäóõ, îòíîñèòåëüíàÿ âëàæíîñòü êîòîðîãî ïðè òåìïåðàòóðå t1 = 10 °Ñ ðàâíà φ1 = 60%. Êàêîé áóäåò îòíîñèòåëüíàÿ âëàæíîñòü φ2 ïîñëå óìåíüøåíèÿ îáúåìà ñîñóäà â n ðàç (n = 3) è íàãðåâàíèÿ ãàçà äî òåìïåðàòóðû t2 = 100 °Ñ? Ïëîòíîñòü íàñûùåííûõ âîäÿíûõ ïàðîâ ïðè òåìïåðàòóðå t1 ðàâíà ρ = 9,4 • 10-3 êã/ì3. Ðåøåíèå. Ïðè òåìïåðàòóðå t1 àáñîëþòíàÿ âëàæíîñòü (äî ñæàòèÿ) ðàâíà ρ1 = φ1ρ. Ïîñëå ñæàòèÿ ìàññà âëàãè, ïðèõîäÿùàÿñÿ íà åäèíèöó îáúåìà ñîñóäà (íå òîëüêî â âèäå ïàðîâ, íî è â âèäå ñêîíäåíñèðîâàâøåéñÿ æèäêîñòè, åñëè âîçíèêëè óñëîâèÿ äëÿ êîíäåíñàöèè), áóäåò ðàâíà ð2 = nρ1ρ = 1,69 • 10-2 êã/ì3. Ïðè òåìïåðàòóðå t2 = 100 °Ñ äàâëåíèå íàñûùåííûõ âîäÿíûõ ïàðîâ ðàâíî íîðìàëüíîìó àòìîñôåðíîìó äàâëåíèþ ð0 = 105 Ïà, è èõ ïëîòíîñòü
ãäå Ì = 0,018 êã/ìîëü. Òàê êàê ρ3 > ρ2, òî â ñîñóäå áóäåò íåíàñûùåííûé ïàð ñ îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòüþ
|
|
|