В цилиндре под поршнем находиться водяной пар (5 видео)

2017-04-19
Вода и водяной пар находятся в цилиндре под поршнем при температуре $110^ С$. Вода занимает при этом 0,1% объема цилиндра. При медленном изотермическом увеличении объема вода начинает испаряться. К моменту, когда она вся испарилась, пар совершил работу величиной $A = 177 Дж$, а объем, который он занимал, увеличился на $\Delta V = 1,25 л$.
1) Найти давление, при котором производился опыт.
2) Сколько воды и пара было в цилиндре в начальном состоянии?

Процесс испарения воды происходит при постоянном давлении, так как пар при этом остается насыщенным. Таким образом, работа, совершенная паром к моменту испарения всей воды,

Отсюда давление пара во время опыта

В этом процессе вся вода испарилась и, следовательно, заняла объем $\Delta V$. Для определения количества испарившейся воды $m_ $ воспользуемся уравнением Клапейрона—Менделеева

Масса испарившейся воды равна

Следовательно, начальный объем цилиндра $V = 1 л$. Используя уравнение газового состояния для пара $P_ (V — V_ ) = \frac > RT$, и полагая, что $V_ \ll V$ для массы пара получим $m_ = \frac

\mu V \Delta V> = \frac = 0,8 г$.

Содержание

В цилиндре под поршнем находиться водяной пар
В цилиндре под поршнем находится вода массой 35 мг и пар массой 25 мг
Условие задачи:
Решение задачи:
Ответ: 2330 см 3 .
В цилиндре под поршнем находиться водяной пар
В цилиндре под поршнем находиться водяной пар
📸 Видео

Видео:В цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится водяной пар и капля воды - №24092Скачать

В цилиндре под поршнем находиться водяной пар

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

Читайте также: Цилиндр для пресса гидравлический ручной

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.

Видео:В сосуде под поршнем находится водяной пар - №23887Скачать

В цилиндре под поршнем находится вода массой 35 мг и пар массой 25 мг

Видео:Задание 10 В закрытом сосуде под поршнем находится водяной пар при ... Вариант 1 Демидова 2020Скачать

Условие задачи:

В цилиндре под поршнем находится вода массой 35 мг и пар массой 25 мг при температуре 27° C. Газ изотермически расширяется. При каком объеме вода в цилиндре полностью испарится, если давление насыщенного пара при этой температуре 3,56 кПа?

Задача №4.3.29 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

$m_в=35$ мг, $m_п=25$ мг, $t=27^\circ$ C, $p_ =3,56$ кПа, $V-?$

Видео:В стеклянном цилиндре под поршнем при комнатной температуре t 0 находится только водяной - №29059Скачать

Решение задачи:

Во-первых, если в сосуде находится пар с водой, то он является насыщенным.

Во-вторых, давление пара при изотермическом расширении меняться не будет (то есть так и будет оставаться равным давлению насыщенного пара) – до тех пор, пока вся вода не испарится.

Интересно, что процесс является и изотермическим, и изобарным – такое возможно для водяного пара (изотерма пара), но будет меняться масса пара за счет испарения воды.

Для решения задачи запишем уравнение Клапейрона-Менделеева для конца процесса испарения:

Теперь выразим искомый объем $V$, учитывая взаимосвязь шкал Цельсия и Кельвина $T=t+273$:

Напомним, что молярная масса воды (H₂O) равна 18 г/моль или, если выражать в системе измерения СИ, 0,018 кг/моль.

Вычислим ответ, подставив численно исходные данные в системе СИ:

\[25\; мг = 25 \cdot >\; г = 25 \cdot >\; кг\]

\[35\; мг = 35 \cdot >\; г = 35 \cdot >\; кг\]

Видео:В цилиндре под подвижным поршнем находится воздух с относительной влажностью 40 при - №24061Скачать

Ответ: 2330 см 3 .

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Если Вам понравилась задача и ее решение, то Вы можете поделитесь ею с друзьями с помощью этих кнопок.

Видео:Относительная влажность воздуха в цилиндре под поршнем равна 60 - №23875Скачать

В цилиндре под поршнем находиться водяной пар

2018-02-03
В цилиндре под поршнем находится $\nu$ молей ненасыщенного водяного пара при температуре $T_ $. При медленном изобарическом охлаждении цилиндра половина пара сконденсировалась, а внутренняя энергия содержимого цилиндра уменьшилась на $\Delta U$. Какое количество теплоты пришлось при этом отвести от содержимого цилиндра, если температура в нем уменьшилась на $\Delta T$? Объемом воды по сравнению с объемом пара можно пренебречь.

Согласно первому началу термодинамики количество теплоты, отведенное от системы, $Q$ равно сумме уменьшения внутренней энергии $\Delta U$ системы «жидкость—пар» и работы $A$ внешних сил над системой.

При уменьшении температуры пара на $\Delta T$ он становится насыщенным, а потом частично конденсируется при температуре $T_ — \Delta T$. При этом работа внешних сил $A$ положительна. Найдем ее из уравнений состояния пара в начальном (1) и конечном (2) состояниях

$p_ V_ = \nu RT_ $; (1)
$p_ V = \frac (T_ — \Delta T)$; (2)
откуда $A = p_ (V_ — V ) = \frac R (T_ + \Delta T)$.

Внутренняя энергия — функция состоянии, ее полное уменьшение, по условию задачи, равно $\Delta U$. Следовательно от системы нужно отвести количество теплоты

$Q = \Delta U + A = \Delta U + \frac R (T_ + \Delta T)$.

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