Пар в камере
6/10Водяной пар массой \(m = 1\) г находится в теплоизолированной камере объёмом \(V = 39\) л при температуре \(T = 300\) К. В той же камере имеется вода, масса которой меньше массы пара. В процессе адиабатного сжатия температура пара возрастает на \(\Delta T = 1\) К, а часть воды испаряется. На сколько увеличится при этом масса пара в камере? Теплота испарения воды \(\lambda = 2{,}37\cdot 10^6\) Дж/кг; пар считать идеальным газом с молярной теплоёмкостью \(C_V = 3R \approx 25\) Дж/(моль\(\cdot\)К); теплоёмкостью воды пренебречь. Известно также, что при малых изменениях температуры \(\Delta T\) насыщенного пара его давление изменяется на \(\Delta p = k\Delta T\), где \(k = 2\cdot 10^2\) Па/К.
▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ\(\Delta m = \dfrac{k\mu V - m(C_V + R)}{\lambda\mu + RT}\Delta T \approx 3{,}0\cdot 10^{-3}\) г.
РешениеПусть \(m\) — масса пара в камере, \(\Delta m\) — увеличение массы пара, \(\mu\) — его молярная масса. Считая, что приращение давления пара равно \(\Delta p\), приращения его объёма \(\Delta V\) и температуры \(\Delta T\), из уравнения состояния \(pV = \dfrac{m}{\mu}RT\) получим \[p\Delta V + V\Delta p = \dfrac{\Delta m}{\mu}RT + \dfrac{m}{\mu}R\Delta T.\tag{1}\] За счёт работы внешних сил при сжатии пара его температура увеличивается и происходит испарение воды: \[-p\Delta V = \lambda\Delta m + \dfrac{m}{\mu}C_V\Delta T\quad(\Delta V < 0).\tag{2}\] По условию задачи \[\Delta p = k\Delta T.\tag{3}\] Из уравнений (1), (2), (3) окончательно получаем \[\Delta m = \dfrac{k\mu V - m(C_V + R)}{\lambda\mu + RT}\Delta T \approx 3{,}0\cdot 10^{-3}\text{ г}.\]
Похожие задачи
- Раствор сахара под колпаком МОШ 1960/1986, 8-11 кл.
- Баллон с сухим воздухом и водой СПбГУ 2011/12, 10 кл.
- Пар и воздух под поршнем СПбГУ 2011/12, 10 кл.
- Баллон с сухим воздухом и водой СПбГУ 2011/12, 11 кл.
- Пар и воздух под поршнем СПбГУ 2011/12, 11 кл.
- Поршень, вода с паром и азот при 100 °C Физтех 2012/13, 11 кл.