Задачи по физике и методы их решения - Балаш В.А.
Скачать (прямая ссылка):
9.74. Газ, совершающий цикл Карно, отдает холодильнику k-ю часть
количества теплоты, получаемого от нагревателя. Определите температуру
нагревателя, если температура холодильника равна Т.
9.75. Идеальная тепловая машина имеет полезную мощность 73,5 кВт и
работает в температурном интервале от 273 до 373 К. Найдите: а) энергию,
получаемую машиной от нагревателя за 1 ч; б) энергию, отдаваемую холо-
Tf Т2 Т дильнику за 1 ч.
9.76. На сколько нагреется воздух Рис 9.12 в комнате объемом V -
30 м3 за
226
время т = 4 ч работы холодильника, если его производитель ность льда
равна т/то = 2 кг/сут при температуре 7^ = 271 К, а охлаждение начинается
с температуры Т\ = 293 К? Удельная теплоемкость воздуха при постоянном
объеме равна cv = 700 Дж/(кг - К), удельная теплоемкость воды св - 4,2
кДж/(кг • К), льда сл = 2,1 кДж/ (кг • К). Удельная теплота плавления
льда К - 334 кДж/кг.
ГЛАВА 10
НАСЫЩАЮЩИЕ И НЕНАСЫЩАЮЩИЕ ПАРЫ.
ВЛАЖНОСТЬ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ЗАКОНЫ И ФОРМУЛЫ
1. При испарении жидкости может наступить такое состояние, при котором
число молекул, вылетающих в единицу времени с открытой поверхности
жидкости, будет равно числу молекул, влетающих в нее обратно. Между паром
и жидкостью устанавливается подвижное •- динамическое равновесие. Плот
ность пара над жидкостью и давление, производимое паром на стенки сосуда
(упругость пара), при динамическом равновесии не меняются и имеют для
данной жидкости при данной температуре максимальное значение.
Пар, давление и плотность которого имеют наибольшее зна чение при данной
температуре, называют насыщающим Иначе, насыщающим называют пар,
находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью.
Пар, давление и плотность которого меньше давления и плотности
насыщающего пара при данной температуре, называют ненасыщающим.
2. Пары, отделенные от жидкости (при неизменной массе) обладают
следующими свойствами:
а) При изотермическом увеличении объема, занимаемого насыщающим паром,
или при его изохорическом нагревании насыщающий пар переходит в
ненасыщающий.
б) При изотермическом сжатии ненасыщающего пара или при его изохорическом
охлаждении ненасыщающий пар становится насыщающим.
В процессе изотермического сжатия ненасыщающего пара его давление и
плотность возрастают до тех пор, пока пар не станет насыщающим.
Дальнейшее умегньшение объема сопровождается конденсацией, давление и
плотность пара остаются при этом неизменными, равными давлению и
плотности насыщающего пара при данной температуре.
Температуру, при которой пар становится насыщающим в результате
изохорического охлаждения, называют точкой росы.
227
При охлаждении пара ниже точки росы начинается конденсация пара в
жидкость.
в) С достаточно хорошим приближением можно считать, что ненасыщающие пары
подчиняются всем основным законам идеальных газов (9.1) - (9.4).
г) Параметры каждого состояния насыщающего пара связаны между собой
уравнением Менделеева - Клапейрона.
Масса насыщающего пара т".п, входящая в это уравнение, зависит от
тем'пературы и для двух различных состояний не может иметь одинакового
значения.
Для определения давления насыщающих паров при данной температуре, если
неизвестна их плотность, или же, наоборот, для определения плотности
пара, если известно его давление, пользуются таблицами давления
(упругости) насыщающих паров.
д) Так как в двух различных состояниях насыщающий пар имеет различную
массу, параметры этих состояний законам идеальных газов (9.1) - (9.4) не
подчиняются. Если же насыщающий пар переходит в ненасыщающий и его масса
при этом не изменяется, то параметры состояний подчиняются всем законам
идеальных газов.
е) Согласно закону Дальтона давление воздуха, содержащего водяной пар,
складывается из давления сухого воздуха рс и давления паров воды рп, т.е.
атмосферное давление равно:
ра=рс + ра.
3. Воздух, содержащий водяной пар, называют влажным. О влажности
воздуха можно судить или по давлению, производимому паром (упругости
водяного пара), или по его плотности g". Давление, производимое паром
(упругость водяного пара), называют абсолютной влажностью. Отношение
плотности gn (давления) водяного пара при данной температуре к плотности
(давлению) насыщенного пара g" п при этой температуре называют
относительной влажностью. Относительную влажность воздуха выражают обычно
в процентах:
Ф = -?1- 100% = - 100% = - 100%,
Qh-п f^H.n Р н.п
так как при одинаковой температуре
рп Р п
Рн.П Р н.п
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ. ПРИМЕРЫ
Задачи на пары и влажность по своему решению принципиально почти не
отличаются от задач на идеальные газы. Тем не менее они вызывают у
учащихся серьезные затруднения, связанные с неумением пользоваться
уравнением газового состояния и попыткой искать решение п^тем логических
рассуждений, что
228
во многих случаях требует большой сообразительности. Особенно это
относится к тем задачам, где вместо плотности насыщенного пара дается его
давление.
Новым при решении задач на влажность является широкое использование
