Задачи › Насыщенный пар

Лёд в сухом помещении

  1. Лёд в сухом помещении

    «Ломоносов» 2025/26, заключительный этап, 11 кл. · №25525

    В сухое помещение объёмом \(V=30\) м\(^3\) при температуре \(T=273\) К и нормальном атмосферном давлении вносят открытый сосуд со смесью воды и льда при этой же температуре. На сколько увеличится масса льда \(\Delta m\) в сосуде после установления равновесия? Давление насыщенных паров воды при температуре \(0^\circ\)C \(p_{\text{нас}}=611\) Па. Удельные теплоты кристаллизации и испарения при температуре \(0^\circ\)C для воды соответственно: \(\lambda_{\text{к}}=3{,}3\cdot10^5\) Дж/кг, \(r_{\text{п}}=2{,}3\cdot10^6\) Дж/кг. Молярная масса воды \(\mu=18\cdot10^{-3}\) кг/моль. Универсальную газовую постоянную примите равной \(R=8{,}3\) Дж/(моль\(\cdot\)К).

    ▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
    Подсказка

    Испарение идёт, пока пар в помещении не станет насыщенным; тепло на него берётся от замерзающей воды. Массу пара найдите из уравнения Менделеева — Клапейрона.

    ▶ОтветСкрыть: ответ
    Ответ

    \(\Delta m=\dfrac{\mu r_{\text{п}}p_{\text{нас}}V}{\lambda_{\text{к}}RT}\approx1\) кг.

    ▶РешениеСкрыть: решение
    Решение

    Вода начинает испаряться из сосуда, пока парциальное давление получаемого в помещении пара не достигнет давления насыщенного пара. На это будет тратиться энергия \(Q=r_{\text{п}}m_{\text{п}}\), где \(m_{\text{п}}\) — масса образующегося пара, определяемая из уравнения состояния идеального газа: \(m_{\text{п}}=\mu p_{\text{нас}}V/RT\). Расход теплоты на испарение приведёт к образованию льда массой \(\Delta m=Q/\lambda_{\text{к}}\). Подставив \(Q\) и \(m_{\text{п}}\), получим, что \[\Delta m=\frac{\mu r_{\text{п}}p_{\text{нас}}V}{\lambda_{\text{к}}RT}.\]

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

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиНашли ошибку?

Похожие задачи