В цилиндре под поршнем находится насыщенный водяной пар при уменьшении (7 видео)

Видео:В цилиндре объёмом V = 10 л под поршнем находится воздух с относительной влажностью r = 60 - №29534Скачать

В цилиндре под поршнем находится насыщенный водяной пар при уменьшении

Ниже представлены ученические решения экзаменационных заданий. Оцените каждое из них в соответствии с критериями проверки заданий ЕГЭ. После нажатия кнопки «Проверить» вы узнаете правильный балл за каждое из решений. В конце будут подведены итоги.

В цилиндре под поршнем при комнатной температуре t₀ долгое время находится только вода и её пар. Масса жидкости в два раза больше массы пара. Первоначальное состояние системы показано точкой на pV-диаграмме. Медленно перемещая поршень, объём V под поршнем изотермически увеличивают от V₀ до 6V₀. Постройте график зависимости давления p в цилиндре от объёма V на отрезке от V₀ до 6V₀. Укажите, какими закономерностями вы при этом воспользовались.

1. На участке от до давление под поршнем постоянно (давление насыщенного пара на изотерме). На участке от до давление под поршнем подчиняется закону Бойля — Мариотта.

На участке от до график — горизонтальный отрезок прямой, на участке от до — фрагмент гиперболы (для экспертов: отсутствие названий не снижает оценку, названия помогают оценке графика, сделанного от руки).

2. В начальном состоянии над водой находится насыщенный водяной пар, так как за длительное время в системе установилось термодинамическое равновесие.

3. Пока в цилиндре остается вода, при медленном изотермическом расширении пар остается насыщенным. Поэтому график будет графиком константы, т. е. отрезком горизонтальной прямой. Количество воды в цилиндре при этом убывает. При комнатной температуре концентрация молекул воды в насыщенном паре ничтожна по сравнению с концентрацией молекул воды в жидком агрегатном состоянии. Масса воды в два раза больше массы пара. Поэтому, во-первых, в начальном состоянии насыщенный пар занимает объём, практически равный Во-вторых, чтобы вся вода испарилась, нужно объём под поршнем увеличить ещё на Таким образом, горизонтальный отрезок описывает зависимость на участке от до

4. При под поршнем уже нет жидкости, все молекулы воды образуют уже ненасыщенный водяной пар, который можно на изотерме описывать законом Бойля — Мариотта: т. е. Графиком этой зависимости служит гипербола. Таким образом, на участке от до зависимость изображается фрагментом гиперболы.

В представленных записях содержатся лишь общие рассуждения без привязки к конкретной ситуации задачи.

Указаны не все необходимые явления и физические законы, даже если дан правильный ответ на вопрос задания.

Указаны все необходимые явления и физические законы, но в некоторых из них допущена ошибка, даже если дан правильный ответ на вопрос задания.

Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.

В цилиндре под поршнем находится насыщенный водяной пар при уменьшении

В закрытом сосуде под поршнем находится 4 г насыщенного водяного пара. Двигая поршень, занимаемый паром объем уменьшили в 2 раза, поддерживая температуру сосуда и его содержимого постоянной и равной 100 °С. Какое количество теплоты было при этом отведено от сосуда?

Справочные данные: удельная теплота парообразования воды Ответ округлите до целого числа кДж.

Насыщенный пар — это пар, имеющий максимально возможную концентрацию при данной температуре, при этом концентрация пара зависит только от температуры. Поскольку при уменьшении объема в два раза, температуру сосуда и его содержимого поддерживали постоянной, заключаем, что концентрация насыщенного пара не изменялась, а значит, в результате такого сжатия сконденсировалась ровно половина всего пара, то есть 2 г.

По первому началу термодинамики изменение внутренней энергии системы равно разности работы, совершаемой над системой, и количеством теплоты, забираемой у системы

При конденсировании 2 г пара его внутренняя энергия уменьшается

При сжатии над паром совершается работа

Количество забираемой теплоты равно

Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом;

II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов);

III) представлены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);

Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены преобразования, направленные на решение задачи, но имеется один или несколько из следующих недостатков.

Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют.

В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты.

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.

Добрый день, Алексей! Мой комментарий не относится к решению этой задачи, однако, мне представляется, что без решения задачи, которую я хочу предложить Вам, понимание молекулярно-кинетической теории будет не полным.

При одинаковых температуре и давлении находятся сухой и влажный (содержащий пары воды) воздух. Плотность какого из них будет больше? Варианты ответов:

4. ответ зависит от температуры.

По моим наблюдениям 90% опрошенных учителей дают неправильный ответ. Вот Вам и понимание молекулярно-кинетической теории!

Я бы сказал так: давление влажного воздуха складывается из парциальных давлений паров воды и воздуха. Поскольку температуры и давления сухого воздуха и влажного воздуха по условию совпадают, заключаем, что суммарные концентрации частиц в обоих случаях одинаковые. Молярная масса воды (18 г/моль) меньше, чем молярная масса сухого воздуха (29 г/моль), отсюда заключаем, что в единице объема влажного воздуха содержится меньше вещества по массе, чем в единице объема сухого воздуха. Плотность влажного воздуха меньше.

Ну что? я справился? ? На сколько именно отличаются плотности, зависит от температуры, давления, влажности; кроме того, наверное, надо точно знать состав воздуха.

Алексей, мы рассматриваем физические процессы и явления, а ваши рассуждения основываются на химии.

Во-первых: выше приведен ответ все-таки не на задачу ЕГЭ, а на вопрос Юрия.

Во-вторых: физика — это наука о природе. Тут все рассуждения подходят ? Как говорил Резерфорд: «Вся наука делится на физику и коллекционирование марок».

Да я и не сомневался, что Вы правильно решите эту задачу. Но Вы и не большинство учителей.

Без понимания этого вопроса грош цена всем рассуждениям о МКТ.

Благодарю. С Новым годом и Рождеством.

Уважаемый редактор! В решении данной задачи допущена ошибка: при вычислении количества тепла, отведённого от сосуда, не была учтена работа внешних сил, совершаемых над газом (насыщенным водяным паром).

Согласно первому закону термодинамики, Q = DE + A , где Q – количество теплоты, переданное газу в процессе , DE – изменение внутренней энергии в этом процессе (Eконечн – Eнач) , A – работа, совершаемая газом против внешних сил.

В рассматриваемом изотермическом процессе изменение внутренней энергии системы «вода-пар + вода жидкость» равно теплоте конденсации пара (со знаком минус, так как внутренняя энергия воды в процессе конденсации уменьшается): DE = — r*m, где г – удельная теплота конденсации (парообразования), m – масса сконденсировавшегося пара. Именно модуль этой величины и найден в приведённом решении (4600 Дж).

Работа газа против внешних сил в данном процессе также имеет отрицательное значение, так как объём газа (насыщенного пара) уменьшился вдвое, и равна A = Pнас*(Vконечн – V0) = — 0,5*Pнас*V0, где Pнас – давление насыщенного водяного пара, V0 – начальный объём насыщенного водяного пара в сосуде под поршнем. Vконечн – конечный объём ( = V0/2). Отрицательное значение работы газа означает, фактически, что внешние силы совершили над газом положительную работу, равную A по модулю (Aвнешн = |A| >0).

V0 находится из уравнение Менделеева-Клапейрона: V0 = v*R*T/Pнас = m0/M*R*T/Pнас, где v – начальное количество молей насыщенного водяного пара, m0 – начальная масса насыщенного водяного пара. R – универсальная газовая постоянная, T – температура насыщенного водяного пара по абсолютной шкале температуры (град. К), M –молярная масса воды. Таким образом, работа газа в рассматриваемом процессе равна A = — 0,5*m0/M*R*T = — 0,5* 0,004 кг /0,018 (кг/моль) * 8,31 (Дж/(моль*К))*373 К =

— 344 Дж. Эта величина, конечно, мала по модулю по сравнению с 4600 Дж, но влияет на величину количества отведённого тепла, округлённую до сотен (до десятых при выражении величины в кДж).

Итого, Q = — 4600 Дж – 344 Дж = — 4944 Дж. Отрицательный знак означает, что фактически газ не получил тепло, а от газа было отведено тепло, равное Qотвед = |Q| = 4944 =

Замечание: формулировка «в сосуде находится насыщенный водяной пар» подразумевает, что больше никаких других газов в сосуде нет. В случае же, если в сосуде находится помимо насыщенного водяного пара и воздух (другие газы помимо насыщенных паров воды), то решение данной задачи видоизменится, но при этом условие задачи в приведённом виде окажется некорректным, так как не дана масса воздуха (газов, помимо насыщенного водяного пара).

Представляется, что приведённое решение содержит неточность: удельная теплота парообразования содержит в себе не только увеличение внутренней энергии единичной массы при парообразовании, но и работу, которую совершает газ, образующийся в этом процессе!

Поэтому, учитывая работу, совершаемую над паром, мы считаем ее дважды.

Аналогичное рассуждение справедливо и для удельной теплоты плавления, но относительно малое изменение объема при плавлении и отвердевании приводит к небольшим значениям работы при изменении объема во время фазового перехода (по сравнению с изменением внутренней энергии). И поэтому неточно считается что удельная теплота плавления ВСЯ идёт на изменение внутренней энергии (что не совсем точно). А при парообразовании — уже совсем не точно:)

Тем не менее, численное значение ответа в данной задаче (с учетом округления) — верное!