Ре ше ние
Под порш нем на хо дят ся вода и на сы щен ный пар. На сы щен ный пар — это пар, на хо дя щий ся в ди на ми че ском рав но ве сии с жид ко стью. При каж дом не боль шом уве ли че нии объёма со су да дав ле ние пара не мно го умень ша ет ся, то есть на ру ша ет ся ди на ми че ское рав но ве сие. Вслед ствие этого мо ле ку лы жид ко сти пе ре хо дят в газ для вос ста нов ле ния рав но ве сия. То есть при уве ли че нии объёма на сы щен но го во дя но го пара про ис хо дит ис па ре ние воды, масса пара уве ли чи ва ет ся. Дав ле ние на сы щен но го пара и его плот ность яв ля ют ся по сто ян ны ми при по сто ян ной тем пе ра ту ре.
Задача 5.. В за кры том со су де на хо дят ся во дя ной пар и не ко то рое ко ли че ство воды. Как из ме нят ся при изо тер ми че ском умень ше нии объ е ма со су да сле ду ю щие три ве ли чи ны: дав ле ние в со су де, масса воды, масса пара? Для каж дой ве ли чи ны опре де ли те со от вет ству ю щий ха рак тер из ме не ния:
1) уве ли чит ся;
2) умень шит ся;
3) не из ме нит ся.
За пи ши те в таб ли цу вы бран ные цифры для каж дой фи зи че ской ве ли чи ны. Цифры в от ве те могут по вто рять ся.
Дав ле ние в со су де
|
Масса воды
|
Масса пара
|
|
|
|
По яс не ние. Клю чом к по ни ма нию этого за да ния яв ля ет ся опре де ле ние по ня тия на сы щен но го во дя но го пара. По опре де ле нию это такой пар, ко то рый на хо дит ся в ди на ми че ском рав но ве сии с жид ко стью. При изо тер ми че ском умень ше нии объ е ма со су да с во дя ным паром ди на ми че ское рав но ве сие со хра нит ся, но при этом часть во дя но го пара скон ден си ру ет ся.
Ре ше ние
В за кры том со су де над по верх но стью жид ко сти на хо дит ся на сы щен ный во дя ной пар, то есть пар, ко то рый на хо дит ся в ди на ми че ском рав но ве сии с жид ко стью. Про цесс ис па ре ния с по верх но сти жид ко сти урав но ве шен об рат ным про цес сом кон ден са ции пара. Кон цен тра ция на сы щен но го во дя но го пара опре де ля ет ся толь ко тем пе ра ту рой. При изо тер ми че ском про цес се ди на ми че ское рав но ве сие со хра нит ся. Так как тем пе ра ту ра не из ме ня ет ся, кон цен тра ция пара будет оста вать ся по сто ян ной. По сколь ку объем умень ша ет ся, часть пара скон ден си ру ет ся. Сле до ва тель но, в ре зуль та те умень ше ния объ е ма со су да масса пара умень шит ся, а масса воды уве ли чит ся. На сы щен ный пар можно счи тать иде аль ным газом, а зна чит для него вы пол ня ет ся урав не ние со сто я ния  По сколь ку ни тем пе ра ту ра, ни кон цен тра ция не из ме ня ют ся, не будет из ме нять ся и дав ле ние в со су де.
Задача 6. В ци лин дре объёмом V = 10 л под порш нем на хо дит ся воз дух с от но си тель ной влаж но стью r=60% при ком нат ной тем пе ра ту ре T = 293 К под дав ле ни ем р = 1 атм. Воз дух сжи ма ют до объ е ма V/2, под дер жи вая его тем пе ра ту ру по сто ян ной. Какая масса m воды скон ден си ру ет ся к концу про цес са сжа тия? Дав ле ние на сы щен но го пара воды при дан ной тем пе ра ту ре равно рн= 17,5 мм рт. ст.
Ре ше ние.
Дав ле ние во дя но го пара в на чаль ном со сто я нии было равно p1 = r · pн = 10, 5 мм рт. ст.
После изо тер ми че ско го сжа тия в два раза, если бы пары воды не кон ден си ро ва лись, их дав ле ние со ста ви ло бы 2p1 = 2rpн = 21 мм рт. ст. в объёме  = 5 л.
Зна чит, после до сти же ния дав ле ния на сы щен ных паров pн = 17,5 мм рт. ст. начнётся про цесс их кон ден са ции, при ко то ром часть пара скон ден си ру ет ся, а дав ле ния пара оста нет ся рав ным pн.
В на чаль ном со сто я нии, со глас но урав не нию Кла пей ро на-Мен де ле е ва и за ко ну Даль то на, в ци лин дре объёмом V на хо ди лась масса воды, рав ная
 ,
где  = 0,018 кг/моль — мо ляр ная масса воды, а pн = 17,5 мм рт. ст. ≈ 2380 Па.
В ко неч ном со сто я нии в ци лин дре объёмом V/2 на хо дит ся при от но си тель ной влаж но сти r = 100%
масса паров воды, рав ная  .
Таким об ра зом, скон ден си ро вав ша я ся масса паров воды равна
Задача 7. В ци лин дре объёмом V = 9 л под порш нем на хо дит ся воз дух с от но си тель ной влаж но стью r = 80% при ком нат ной тем пе ра ту ре T = 293 К под дав ле ни ем р = 1 атм. Воз дух сжи ма ют до объ е ма V/3, под дер жи вая его тем пе ра ту ру по сто ян ной. Какая масса m воды скон ден си ру ет ся к концу про цес са сжа тия? Дав ле ние на сы щен но го пара воды при дан ной тем пе ра ту ре равно рн= 17,5 мм рт. ст.
Ре ше ние.
Дав ле ние во дя но го пара в на чаль ном со сто я нии было равно p1 = r · pн = 14 мм рт. ст.
После изо тер ми че ско го сжа тия в два раза, если бы пары воды не кон ден си ро ва лись, их дав ле ние со ста ви ло бы 3p1 = 3rpн = 42 мм рт. ст. в объёме  = 3 л.
Зна чит, после до сти же ния дав ле ния на сы щен ных паров pн = 17,5 мм рт. ст. начнётся про цесс их кон ден са ции, при ко то ром часть пара скон ден си ру ет ся, а дав ле ния пара оста нет ся рав ным pн.
В на чаль ном со сто я нии, со глас но урав не нию Кла пей ро на-Мен де ле е ва и за ко ну Даль то на, в ци лин дре объёмом V на хо ди лась масса воды, рав ная
,
где = 0,018 кг/моль — мо ляр ная масса воды, а pн = 17,5 мм рт. ст. ≈ 2380 Па.
В ко неч ном со сто я нии в ци лин дре объёмом V/3 на хо дит ся при от но си тель ной влаж но сти r = 100% масса паров воды, рав ная  .
Таким об ра зом, скон ден си ро вав ша я ся масса паров воды равна
Тест
ВЗАИМНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
|
Для насыщенного пара справедливо уравнение
|
|
Критическая температура – это
максимальная температура, до которой можно нагревать пар
температура, при которой пар превращается в жидкость
максимальная температура, при которой пар еще может превратиться в жидкость
минимальная температура, при которой пар уже может превратиться в жидкость
|
|
Газ – это состояние вещества при температуре
выше критической
ниже критической
равной критической
любой
|
|
Относительная влажность воздуха в комнате при некоторой температуре равна 40 %. Каково соотношение парциального давления p водяного пара в комнате и давления pн насыщенного водяного пара при той же температуре?
р = 2,5 pн
pн = 2,5 р
р = pн – 40%
pн = р – 40%
|
|
В закрытом сосуде находятся воздух и водяной пар при температуре 24 C. Давление насыщенных паров воды при данной температуре 3 кПа. Каким может быть парциальное давление паров воды в этом сосуде?
любым
меньше 3 кПа
меньше или равно 3 кПа
больше 3 кПа
|
|
В широкую и узкую кастрюлю налили одинаковое количество воды и стали нагревать. При прочих равных условиях быстрее вода закипит
в узкой кастрюле
в широкой кастрюле
одновременно в обеих кастрюлях
ничего определенного сказать нельзя
|
|
Точка росы для водяного пара в комнате равна 8С. В комнату внесли с балкона сухую бутылку с водой, и вскоре она покрылась мелкими капельками воды. Из этого следует, что
|
|
1)
|
температура воздуха на балконе выше 8С
|
|
2)
|
влажность воздуха на балконе меньше, чем в комнате
|
|
3)
|
влажность воздуха на балконе больше, чем в комнате
|
|
4)
|
температура воздуха на балконе ниже 8С
|
|
|
Атмосферное давление в комнате равно 100 кПа, при этом парциальное давление водяного пара составляет 2 кПа, а давление насыщенного пара при комнатной температуре равно 4 кПа. Относительная влажность воздуха в комнате
|
|
1)
|
0,5 %
|
|
2)
|
2 %
|
|
3)
|
4 %
|
|
4)
|
50%
|
|
|
Процесс парообразования происходит двумя способами: испарением и кипением. Дайте характеристику каждого процесса. Для каждого понятия из столбика 1 подберите соответствующие процессам характеристики из столбиков 2 - 4. Ответ представьте в виде сочетания букв и цифр
столбик 1
|
столбик 2
|
столбик 3
|
столбик 4
|
процесс
|
локализация процесса
|
температурные условия протекания процесса
|
температура жидкости во время процесса
|
испарение
кипение
|
происходит по всему объему
происходит с поверхности жидкости
ничего определенного сказать нельзя
|
происходит при определенной температуре
происходит при любой температуре
ничего определенного сказать нельзя
|
увеличивается
уменьшается
не меняется
ничего определенного сказать нельзя
|
|
|
Насыщенный пар сжимают при постоянной температуре. Укажите характер изменения величин для насыщенного пара
столбик 1
|
столбик 2
|
объем
количество частиц
температура
масса
плотность
концентрация
давление
|
увеличится
уменьшится
не изменится
|
|
|
На рисунке представлен график зависимости давления пара от температуры. Укажите, от каких параметров зависит рост давление пара на различных участках и определите вид пара. Каждому участку из столбика 1 подберите соответствующие выражения из столбиков 2 и 3. Ответ дайте в виде сочетания цифры и букв. 
столбик 1
|
столбик 2
|
столбик 3
|
участок графика
|
параметры
|
вид пара
|
АВ
ВС
|
только концентрация
только температура
концентрация и температура
|
ненасыщенный
насыщенный
|
|
|
Определите понятия. Для каждого понятия из столбика 1 найдите соответствующее ему определение из столбика 2. Ответ дайте в виде сочетания цифры и буквы
столбик 1
|
столбик 2
|
понятие
|
определение
|
абсолютная влажность
ненасыщенный пар
относительная влажность
парциальное давление
давление насыщенного пара
насыщенный пар
точка росы
|
температура, при которой пар достигает состояния насыщения при неизменном давлении
давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали
пар, который не превращается в жидкость при сжатии
плотность водяного пара в воздухе
давление, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром
пар, находящийся в термо-динамическом равновесии со своей жидкостью
показывает, на сколько водяной пар близок к насыщению
|
|
|
Интенсивность процесса испарения зависит от некоторых параметров. Укажите эти параметры, характер зависимости и объясните эту зависимость с позиций МКТ. Ответ представьте в виде таблицы
параметр
|
характер зависимости
|
объяснение зависимости с позиций МКТ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура воздуха 18°С, а его точка росы 10°С. Рассчитайте относительную влажность при температуре 18°С. Плотность насыщенного пара при 18°С – 15,4 г/м3, при 10°С – 9,4 г/м3
|
|
При температуре 25°С относительная влажность воздуха 70%. Сколько влаги выделится из каждого кубического метра при понижении объема до 16°С. Плотность насыщенного пара при 25°С – 23 г/м3, при 16°С – 13,6 г/м3
|
|
Какое количество воды может испариться в помещении размером 10×8×5 м3. Температура воздуха в помещении 22°С, относительная влажность 70%. Плотность насыщенного пара при 22°С – 19,4 г/м3
|
|
Смешали 1 м3воздуха с влажностью 20% и 2 м3воздуха с влажностью 30% при одинаковой температуре. Объем смеси 3 м3. Определите относительную влажность смеси.
|
|
На рисунке представлена изотерма влажного воздуха. Определите относительную влажность воздуха в точках А, В, С.
|
|
При изотермическом сжатии 9 г водяного пара при температуре 373 К его объем уменьшился в 3 раза, а давление увеличилось в 2 раза. Рассчитайте начальный объем пара
|
ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ. СМАЧИВАНИЕ. КАПИЛЛЯРНОСТЬ
Вопросы для устного зачета по теме «Поверхностное натяжение. Капиллярность»
Поверхностное натяжение. Свойства поверхностного слоя жидкости. Рисунок
Энергия поверхностного слоя жидкости
Сила поверхностного натяжения. Примеры. Формула
Коэффициент поверхностного натяжения. Обозначение. Ед измерения. От чего зависит
Смачивание и несмачивание. Рисунок. Физическая суть
Краевой угол. Значение
Учет и использование
Капиллярность.
Опускание и поднятие жидкости в капилляре. Рисунок. пояснение
Высота подъема или опускания жидкости в капилляре. Вывод формулы
Учет и использование
Лабораторная работа
«обнаружение силы поверхностного натяжения жидкости»
Цель: обнаружение силы поверхностного натяжения воды
Приборы и материалы: стакан с водой; пипетка медицинская; пластилиновый шарик диаметром 2-3 мм; петля проволочная
Порядок выполнения:
Осторожно положите пластилиновый шарик на поверхность воды при помощи петли
Запишите ответ на вопрос: почему шарик удерживается на поверхности воды?
Погрузите шарик в воду.
Запишите ответ на вопрос: почему шарик тонет?
Опустите проволочную петлю в стакан с водой, а затем осторожно вынимайте ее из воды. В петле образовалась водяная пленка
Осторожно изменяйте площадь поверхности пленки, раздвигая и сближая концы проволочной петли.
Запишите ответ на вопрос: какая сила удерживает воду в петле?
Наберите в пипетку воды. Держа пипетку над стаканом, слегка нажимайте на резиновый баллончик, при этом образуются капли. Запишите ответы на вопросы:
Какова форма капли?
Какие силы действуют на каплю воды при ее образовании?
Почему капля воды отрывается от пипетки?
Лабораторная работа
«наблюдение зависимости поверхностного натяжения жидкости от температуры и природы граничащих сред»
Цель: обнаружить зависимость поверхностного натяжения жидкости от температуры и поверхностно-активных веществ
Оборудование: стакан с холодной водой; стакан с горячей водой; тальк; кусочек сахара; кусочек мыла; кусочек марли; шарик из пластилина диаметром 2-3 мм; петля проволочная
Исследуемой жидкостью служит вода, индикатором наличия изменений ее поверхностного натяжения – пластилиновый шарик и тальк, а поверхностно-активными веществами – мыло и сахар
Порядок выполнения:
Пластилиновый шарик с помощью проволочной петли осторожно положите на поверхность холодной воды в стакане. Наблюдайте плавание шарика, что указывает на существование силы поверхностного натяжения.
Наблюдайте прогибание воды под шариком, что указывает, что она ведет себя подобно упругой пленке. Обратите внимание на глубину прогибания поверхности воды под шариком
Перенесите шарик на поверхность горячей воды. Обратите внимание на глубину прогибания в этом случае.
На основании п.2 и п.3 сделайте вывод о силе поверхностного натяжения в горячей воде, по сравнению с холодной водой
Равномерно покройте поверхность холодной воды тальком, просеивая его через марлю из бутылочки
Коснитесь поверхности воды сначала кусочком мыла, а затем сахара.
Опишите наблюдаемое явление
Сделайте вывод об изменении коэффициента поверхностного натяжения воды при растворении в ней мыла; при растворении сахара
Лабораторная работа
«наблюдение зависимости высоты поднятия жидкости от толщины воздушного клина»
Цель:
Приборы и материалы пластинки стеклянные – 2 шт.; стакан с водой; кусочек пластилина
Порядок выполнения:
Соедините две стеклянные пластинки друг с другом так, чтобы между ними образовался воздушный клин. Для этого между пластинками с краю поместите кусочки пластилина
Опустите пластинки в стакан с водой на глубину 1 см. наблюдайте за поднятием воды между пластинками
Зарисуйте в тетради форму поверхности воды между пластинками
Запишите ответы на вопросы:
Какова зависимость высоты поднятия воды и толщины воздушного слоя?
Какая сила поднимает воду между пластинок?
Лабораторная работа
«Измерение среднего диаметра капилляров в теле»
|
