Физика. Теория. Методика. Задачи - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
данного вещества), и сколько тепла Q2 может выделить данное более горячее
тело при остывании до темперапуры перехода и при самом переходе
(отвердевании или конденсации). Если окажется, что Qx > Q2, то после
теплопередачи получится одна фаза вещества, а еелн Qx < Q2, то при
установившейся температуре будут находиться две фазы при температуре
фазового перехода.
Порядок решения таких задач следующий:
а) внимательно прочитав условие задачи, нужно установить, у каких тел,
участвующих в теплообмене, энергия уменьшается, а у каких увеличивается;
б) если при теплообмене возможны фазовые переходы, то следует провести
числовые расчеты и выяснить, в каких фазах будут находиться тела системы
при установившейся температуре;
в) определить суммарное количество теплоты, полученное более холодными
телами системы при их нагревании и фазовых переходах (плавлении и
парообразовании);
г) определить суммарное количество теплоты, отданное более горячими
телами системы при их охлаждении и фазовых переходах (конденсации и
кристаллизации). При записи выражения для количества теплоты, отданного
телом, в форме cm(t2- tt), всюду нужно вычитать из большей температуры
меньшую;
д) составить уравнение теплового баланса и решить его относительно
искомой величины.
При решении некоторых задач на фазовые переходы и уравнение теплового
баланса необходимо дополнительно привлекать уравнения и законы механики.
Решение задач на влажность принципиально не отличается от задач иа
идеальные газы. Основные затруднения здесь обычно связаны с неумением
пользоваться уравнениями, выражающими газовые законы, и попытками с их
помощью описать процессы, происходящие с насыщенными парами. Следует
помнить, что законы идеального газа для изопроцессов можно применять лишь
к парам, далеким от насыщения. Для насыщенного пара необдуманное
использование этих законов может привести к грубым ошибкам. Поскольку
уравнение Менделеева - Клапейрона в случае насыщенного пара справедливо
для конкретной температуры и конкретного объема пара и не выражает
зависимость давления от температуры при постоянном объеме и зависимость
давления от объема при постоянной температуре (так как при изменении
объема или температуры меняется также масса насыщенного
335
пара), то данное уравнение можно применять в каждом конкретном состоянии,
т.е. по известной плотности насыщенного пара можно определить его
давление (упругость): p" = p"R Г/ц (где ц - молярная масса пара) и,
наоборот, зная давление насыщенного пара, можно найти его плотность.
Следует также помнить, что если задана температура насыщенного пара, то
его давление и плотность при этой температуре можно найти в таблицах,
если же известны температура и давление (плотность) насыщенного пара, то
его плотность (давление) можно определить из уравнения Менделеева -
Клапейрона. Если известна температура ненасыщенного пара Т и его точка
росы 7^, то с помощью таблиц можно определить абсолютную и относительную
влажность при температуре Г, так как при температуре Гр пар станет
насыщенным.
Порядок решения задач на влажность может быть таким:
а) установить, какой газ рассматривается в задаче: чистый пар жидкости
или его смесь с сухим воздухом;
б) выяснить, в скольких разных состояниях будет последовательно
находиться пар по условию задачи. Для каждого состояния пара записать
уравнение Менделеева - Клапейрона, формулу абсолютной нли относительной
влажности в любой из форм (через давления, или через плотности, или через
массы пара). Если в объеме находится не только пар, но и некоторый газ
(например, воздух), то для смеси газа и пара (а также для смеси паров,
если рассматривается такая смесь) записать закон Дальтона;
в) если рассматривается насыщенный пар, используя таблицы, определить
упругость и плотность пара при заданной температуре. Записать
дополнительные условия, связывающие величины, входящие в составленные
уравнения, и решить полученную систему.
Задачи
Уравнение теплового баланса Изменение агрегатного состояния вещества
11.1. Латунный калориметр массой = 0,1 кг содержит тг = 0,2 кг воды при
температуре г, = 7°С. В калориметр с водой опускают брусок массой тъ -
0,1 кг при температуре f3 = 127°С, после чего в калориметре
устанавливается температура 9 = 27°С. Определить удельную теплоемкость с3
материала, из которого изготовлен предмет. Удельная теплоемкость латуни
с, = 380 Дж/(кг К), воды - с2 = 4200 Дж/(кг К).------------------------
• Решение. Примем систему "калориметр - вода - брусок" как
теплоизолированную и будем считать, что с окружающей средой ее теплообмен
ничтожно мал и им можно пренебречь. В такой системе полная внутренняя
энергия остается неизменной.
Основным уравнением, описывающим процесс теплового азанмодействия между
телами системы, является уравнение теплового баланса. Поскольку
температура калориметра и воды tx меньше температуры бруска t}, то при
взаимодействии тел брусок остынет, отдав количество тепла
