Задачи › Насыщенный пар

Покраска стены

  1. Покраска стены

    Эстонская 2025/26, заключительный этап, 9-11 кл. · №26119

    В баллончике находится объём \(V=1\) л смеси для покраски. Смесь состоит на \(k=0{,}3\) части из краски, остальное — пропан для распыления; при этом в процессе опорожнения баллончика это соотношение не меняется. Удельная теплоёмкость смеси \(c=2500\) Дж/(кг\(\cdot\)К), удельная теплота парообразования пропана \(L=420\) кДж/кг. Плотность как пропана, так и краски составляет \(\rho=550\) кг/м\(^3\). Пользователь нажимает на кнопку распыления, но краска вылетает через шланг только в том случае, если избыточное давление внутри баллончика превышает \(p_{\min}=200\) кПа. Оцените, сколько квадратных метров стены можно покрыть слоем краски толщиной \(d=0{,}2\) мм за короткое время, если баллончик очень плохо проводит тепло? Начальная температура смеси \(T_0=20\,^\circ\)C, атмосферное давление \(p_0=100\) кПа. Ниже приведён график давления насыщенного пара пропана. (10 баллов)

    Рисунок
    ▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
    Подсказка

    Чтобы давление пара в баллончике поднялось до нужного значения, смесь должна остыть до определённой температуры (её даёт график); энергия на остывание берётся из испарения части пропана.

    ▶ОтветСкрыть: ответ
    Ответ

    \(S\approx 0{,}46\) м\(^2\).

    ▶РешениеСкрыть: решение
    Решение

    Краска выходит из баллончика, если давление в нём больше \(p_{\min}+p_0=300\) кПа. По графику находим, что для этого температура газа в баллончике должна быть больше \(T_{\min}=257\) К. Пусть в процессе распыления испарилась масса пропана \(\Delta m_p\). Необходимая для этого энергия взята за счёт тепловой энергии смеси. Масса смеси по ходу дела уменьшается, но по заданным величинам видно, что этим эффектом можно пренебречь. \[\Delta T\,mc=\Delta m_p L\;\Rightarrow\;\Delta m_p=\frac{\Delta T\,\rho Vc}{L}.\] Здесь \(\Delta T=T_0-T_{\min}\), поэтому, подставляя числа, получаем \(\Delta m_p=118\) г. Найдём, сколько смеси \(\Delta m_s\) вышло из баллончика: \[\Delta m_s=\frac{\Delta m_p}{1-k}\;\Rightarrow\;\Delta m_s=169\text{ г}.\] Следовательно, при быстрой покраске можно покрыть площадь \[S=\frac{\Delta m_s\,k}{\rho d}=0{,}46\text{ м}^2.\]

    Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.

    Вся олимпиада на сайте

Похожие задачи