Откачка гелия при водяном паре за поршнем
5/10Герметичный цилиндрический сосуд разделён на две части легким подвижным поршнем, который может скользить внутри сосуда без трения. В одной части сосуда находится гелий при температуре \(300\,\text{К}\), а в другой — небольшое количество воды и пар при температуре \(100\,{}^\circ\text{C}\). Из сосуда откачивают \(2\) моль гелия. Температуру гелия, температуру воды и водяного пара поддерживают при этом постоянными. В процессе откачки гелия часть воды испаряется. Найдите приращение внутренней энергии системы «вода + пар» за время перехода из начального состояния в конечное. Универсальная газовая постоянная \(R = 8{,}31\,\text{Дж/(моль·К)}\), удельная теплота парообразования воды \(q = 2{,}26\,\text{МДж/кг}\), молярная масса воды \(\mu = 18\,\text{г/моль}\). Теплопроводность поршня пренебрежимо мала. Ответ приведите в \(\text{кДж}\) и округлите до десятых. Изменение объёма воды в процессе испарения считайте пренебрежимо малым.
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаУчтите, что при откачке гелия поршень смещается, и пар вынужден испариться, чтобы поддерживать давление. Энергию, которую получает система «вода + пар», разделите на работу и теплоту испарения.
РешениеИз уравнений Менделеева–Клапейрона для гелия и водяного пара, а также первого начала термодинамики: \[\Delta U = \Delta\nu R T\left(\frac{q\mu}{R T_0} - 1\right),\] где \(\Delta\nu\) — количество откачанного гелия, \(T\) — температура гелия, \(q\) — удельная теплота парообразования воды, \(\mu\) — молярная масса воды, \(T_0 = 373\,\text{К}\) — температура воды и водяного пара.
Похожие задачи
- Изобарное охлаждение водяного пара Физтех 2012/13, 11 кл.
- Изотерма влажного воздуха МОШ 2013/14, 7-11 кл.
- Блюдце с водой в закрытом помещении МОШ 2013/14, 7-11 кл.
- Изотермическое сжатие водяного пара Физтех 2020/21, 10 кл.
- Давление в сосуде с паром МОШ 2021/22, 11 кл.
- Гелий и насыщенный пар через поршень Физтех 2023/24, 11 кл.