Физика. Задачи для поступающих в вузы - Бендриков Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Ненасыщенный пар по своей природе ничем не отличается от обычного газа. Поэтому для него справедливо уравнение состояния
pV = —RT. Ц
(12)
Однако по мере приближения температуры к критической в состояниях, близких к насыщению, наблюдаются заметные отклонения от уравнения (12), возникающие из-за взаимодействия молекул между собой. С той же оговоркой это уравнение может быть применено и в качестве уравнения состояния для сухого насыщенного пара. В этом случае объем
V в уравнении (12) будет уже не объемом всего сосуда, а лишь объемом, который занимает пар (в сосуде кроме насыщенного пара обычно содержится и некоторое количество жидкости).
При рассмотрении процессов, происходящих с насыщенным паром, нужно учитывать, что при изменении температуры, давления или объема изменяется также и масса пара. В частности, при изотермическом изменении объема масса пара изменяется пропорционально объему. Следовательно, плотность пара р = mlV и его давление р не изменяются. Поэтому для насыщенного пара уравнение состояния часто удобно применять в виде
р = \iplRT.
533. В цилиндре с поршнем находится жидкость под большим давлением. Поршень медленно поднимают. Представить графически зависимость давления р в цилиндре от увеличения объема V для двух постоянных температур Г, иГ2 (изотермы Тх = const и Т2 = const; Г, < Т2).
534. На рис. 67 представлена зависимость давления насыщенного пара от температуры (кривая abck). Почему эта зависимость, в отличие от закона Шарля для газов, не является линейной? В каких случаях зависимость давления пара от температуры будет изображаться линиями abd и abcel
535. Ненасыщенный пар в цилиндре под поршнем сначала нагревают при постоянном объеме, затем медленно
сжимают при постоянной температуре до полного сжижения. Представить графически зависимость давления р от объема V.
Рис. 67
91
536. Сколько молекул содержит единица массы насыщенных и ненасыщенных паров ртути и воды? Молярные массы ртути и воды (1, = 0,2 кг/моль и (J-2 = 0,018 кг/моль.
537. При температуре ? = 4°С давление сухого насыщенного пара р = 0,8 кПа. Во сколько раз плотность воды р„ при температуре t = 4 °С больше плотности пара р? Какие объемы приходятся на одну молекулу воды и пара? Молярная масса воды д = 0,018 кг/моль.
538. Во сколько раз при температуре t = 400 °С плотность р, пара ртути при атмосферном давлении отличается от плотности р2 насыщенного пара ртути? Атмосферное давление рх =0,1 МПа, давление насыщенного пара ртути при температуре t = 400 °С р2 = 0,22 МПа.
539. В котел объема V = 5 м3 накачали массу воды тк = 20 кг. Содержимое котла нагрели до температуры Т = 453 К. Найти массу m и давление р пара в котле. Плотность насыщенного пара при температуре Т = 453 К рп = 5,05 кг/м3. Молярная масса воды (J. = 0,018 кг/моль.
540. В замкнутом сосуде объема V = 1 м3 находится вода массы т„ = 12 г и некоторая масса насыщенного пара, плотность и давление которого при данной температуре р0 = 0,008 кг/м3 и ро = 1,1 кПа. Какое давление р установится при увеличении объема в? = 5 раз? Температура при увеличении объема не изменяется.
541. Под колоколом воздушного насоса находится влажная губка. При откачивании газа под колоколом установилось давление р = 1 кПа и температура t = 7 °С. Спустя время х = 1 ч после начала откачки давление резко упало. Найти массу т воды, которая содержалась в губке. Насос откачивает в единицу времени объем воды Vx = 10 л/с. Молярная масса воды (1 = 0,018 кг/моль.
542. Закрытый сосуд объема V = 0,5 м3, содержащий воду массы т = 0,5 кг, нагрели до температуры Т = 420 К. На какую величину AV следует изменить объем сосуда, чтобы в нем содержался только насыщенный пар? Давление насыщенного пара при температуре Т = 420 К р1} = 0,47 МПа. Молярная масса воды (1 = 0,018 кг/моль.
543. В пароперегреватель, содержащий сухой пар массы m = 120 кг при температуре t = 111 °С, подано некоторое количество теплоты, из которого на долю пара пришлось количество теплоты <2= 18 МДж. В результате давление пара достигло предельного значения и поднялся предохранительный клапан, имеющий диаметр d = 4 см. Каково было начальное давление пара р,
если сила, открывающая клапан, F = 1,57 кН? Удельная теплоемкость пара с = 1,5 кДжДкг • К).
544. В трубке, открытым концом опущенной в воду, в объеме У = 30 см3 при температуре t = 17 °С находится смесь насыщенного пара и гелия (рис. 68). Высота столба воды в трубке h = 10 см. Найти массы пара и гелия т, и т2. Давление насыщенного пара при температуре t = 17 °С р, = 1,94 кПа. Молярные массы воды и гелия = 0,018 кг/моль и д2 = 0,004 кг/моль, атмосферное давление р0 = 0,1 МПа.
545. В цилиндре под поршнем над водой в объеме
V = 1 м3 при температуре t = 30 °С находится смесь насыщенного пара и азота. Масса смеси т = 286 г. Какая масса пара Ат сконденсируется, если объем уменьшить в к = 3 раза при постоянной температуре? Какое давление р было у смеси до сжатия? Давление насыщенного пара при температуре t = 30 °С р\ = 4,2 кПа. Молярные массы воды и азота д, = 0,018 кг/моль и д2 = 0,028 кг/моль.
