Сборник задач по физике с решениями и ответами. Часть II -
Скачать (прямая ссылка):
cp.As_._Pn_.
Рші Рнп
Обычно относительную влажность выражают в процентах.
ЗАДАЧИ
6.1. Сравните поведение молекул в идеальном газе и в насыщенном паре при изотермическом сжатии?
6.2. В каком месте на Земном шаре абсолютная влажность воздуха может быть максимальной?
6.3. Почему иногда поверхности окон запотевают? Какие это поверхности — внешние или внутренние? При каких условиях на этих поверхностях образуется лед?
6.4. В большинстве домов для одинакового ощущения комфорта температура воздуха зимой должна быть выше, чем летом. Чем можно объяснить этот эффект?
6.5. Если в комнате достаточно тепло и влажно, то при открывании зимой форточки образуются клубы тумана, которые в комнате опускаются, а на улице поднимаются. Объясните явления.
6.6. На улице целый день моросит холодный осенний дождь. В комнате развешено выстиранное белье, проведена влажная уборка. Высохнет ли белье быстрее, если открыть форточку?
6.7. В комнате объемом 120 м при температуре 15 °С относительная влажность 60 %. Определить массу водяного пара в комнате. если давление насыщенного водяного пара при 15 °С равно 1705 Па.
6.8. В сосуде объемом F = Im при температуре / = 20 °С находится воздух с относительной влажностью ср = 30 %. Определите относительную влажность после добавления в сосуд и полного испарения т = 5 г воды. Температура поддерживается постоянной. Давление насыщенных паров воды при 20 0C равно Pnn = 2,3 • 10 Па. Молярная масса воды ц. = 18 г/моль.
35
о -
X
X0 о
у '/' у
6.9. Цилиндрический сосуд, содержащий ненасыщенный пар, закрыт тяжелым плотно прилегающим к стенкам сосуда поршнем, который может свободно перемещаться вдоль сосуда. Сосуд медленно охлаждают. Показать графически характер зависимости высоты поршня над дном сосуда от температуры X(T). X=O-— координата дна сосуда,
X = Xq — начальное положение поршня.
6.10. При температуре T = Tq плотно прилегающий к стенкам цилиндрического сосуда тяжелый поршень лежит на тонком слое жидкости. Сосуд медленно нагревают. При температуре T = ТЖ> Tq выполняется условие ратм ¦ S + Mg = ршс ¦ S. где S— площадь поперечного сечения сосуда, M— масса поршня. Рати — атмосферное давление, ршс — давление насыщенных паров жидкости, g— ускорение свободного падения. Показать графически характер зависимости высоты поршня над дном сосуда от температуры X(T) .X=O — координата дна сосуда, X = Xq — начальное положение поршня.
6.11. Плотно прилегающий к стенкам цилиндрического сосуда тяжелый поршень, лежавший на тонком слое летучей жидкости, медленно поднимают. Температура среды — постоянна. Показать графически характер зависимости давления на внутреннюю поверхность поршня от его высоты над дном сосуда р(Х) .X=zO —
координата дна сосуда, X = Xq — начальное положение поршня (см. рисунок к задаче 6.10).
6.12. Плотно прилегающий к стенкам поршень медленно вдвигают внутрь цилиндрического сосуда, содержащего ненасыщенный пар. Температура среды — постоянна. Показать графически характер зависимости давления на внутреннюю поверхность порш-
36 ня от высоты над дном сосуда р(Х) .X=O — начальное положение поршня, X = Xq — координата дна сосуда.
6.11. В теплоизолированном цилиндре под невесомым поршнем находится т = 5 г воды при температуре 20 °С. Площадь поршня
2
S = 600 см , внешнее давление р= 1 атм. Цилиндр медленно нагревают до тех пор, пока вся вода не испарится. На какую высоту поднимется поршень?
37 7. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ. КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
На поверхности жидкости, вблизи границы, разделяющей жидкость и ее пар, молекулы испытывают межмолекулярное взаимодействие не такое, как молекулы, находящиеся внутри объема жидкости. Так как силы притяжения молекулы жидкости к молекулам пара в среднем значительно слабее сил взаимодействия с другими молекулами жидкости, то на молекулы, расположенные в поверхностном слое жидкости, действует направленная внутрь жидкости равнодействующая сил взаимодействия.
Для перенесения молекул из глубины объема жидкости в ее поверхностный слой необходимо совершить работу по преодолению указанной выше силы. Эта работа идет на увеличение поверхностной энергии. Так называется избыточная энергия Wn, которой обладают молекулы в поверхностном слое по сравнению с их энергией внутри объема жидкости:
здесь S— площадь свободной поверхности жидкости на границе раздела жидкости и газа, ст — коэффициент поверхностного натяжения. На границе соприкосновения жидкости с твердыми телами наблюдается явление смачивания, состоящее в искривлении сво-
W11=O-S,
38 бодной поверхности жидкости около твердой стенки сосуда. Поверхность жидкости, искривленная на границе с твердым телом, называется мениском. Линия, по которой мениск пересекается с твердым телом, называется периметром смачивания. Явление смачивания характеризуется краевым углом 0 между поверхностью твердого тела и мениском в точке их пересечения, т.е. в точках периметра смачивания. Жидкость называется смачивающей
71
твердое тело, если 0 < 0 < л / 2, и несмачивающей, если — <0<п .
