Тема . №24 МКТ. Термодинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)

.03 Влажность. Водяной пар

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела №24 мкт. термодинамика (расчетная задача высокого уровня сложности)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#14565

В сосуде под поршнем находится влажный воздух, объем под поршнем уменьшили в k = 5  раза. При этом давление увеличилось в n = 3  раза. Найдите относительную влажность φ  воздуха в первоначальном состоянии, если давление влажного воздуха в первоначальный момент времени равно p1 = 1,5⋅105  Па при температуре t= 100∘C  . Утечкой вещества из сосуда пренебречь.

Показать ответ и решение

1. При       ∘
t= 100 C  давление насыщенного водяного пара равно нормальному атмосферному давлению:  5
10  Па. В начальном состоянии влажный воздух состоит из сухого воздуха и водяного пара. По закону Дальтона:

p1 =p1сух +p1п,

где p1п = φp0  — парциальное давление водяного пара (φ  — относительная влажность), p1сух  — парциальное давление сухого воздуха.

Таким образом:

p1 = p1сух+ φp0.

В конечном состоянии объём уменьшился в k  раз, и давление стало p2 =np1  . Для сухого воздуха (который не конденсируется) при постоянной температуре по закону Бойля–Мариотта:

p1сухV1 = p2сухV2 ⇒ p2сух = p1сух⋅ V1= kp1сух.
                            V2

Если бы пар не конденсировался, оба газа (и сухой воздух, и водяной пар) вели бы себя идеально. По закону Бойля-Мариотта (для постоянной температуры), давление каждого газа увеличилось бы в 5  раз.

  • Давление сухого воздуха стало бы: 5p1сух
  • Давление водяного пара стало бы: 5φp0
  • Общее давление по закону Дальтона стало бы: p2 = 5(p1сух+ φp0)

Но мы знаем, что исходное общее давление p1 = p1сух +φp0  . Значит, в этом гипотетическом случае общее давление стало бы:

p2 = 5p1

Однако в условии задачи сказано, что давление увеличилось не в 5  , а только в 3  раза (n = 3  ). То есть реальное давление p2 = p1  оказалось меньше, чем ожидалось бы без конденсации. Давление водяных паров не может превысить p0  , поэтому оно останется на этом значении

p2п = p0.

Полное давление в конечном состоянии:

p2 = p2сух+ p2п = kp1сух+ p0.

2. Объединим законы Дальтона для двух случаев:

({
 1  p1 = p1сух+ φp0
(2  p2 = np1 = kp1сух+ 1⋅p0

где p2  – давление в конечном состоянии, pсух  – давление воздуха, p0  – атмосферное давление.
Подставим выражение для p1сух  из уравнения (1) в уравнение (2):

p2 = k(p1− φp0)+p0.

np1 = k(p1− φp0)+ p0.

np1 = kp1− kφp0+ p0,

np1− kp1 = −kφp0 +p0,

p1(n − k)= p0(1− kφ),

kφp0 = p0− p1(n − k),

    p0− p1(n − k)  p1(k − n)+ p0
φ = ----kp0-----= ----kp0----.

    (k − n)p1+ p0  (5 − 3)1,5⋅105 П а+ 105 Па
φ=  ----kp0-----= -------5⋅105 П-а-------= 80%
Ответ:

    (k−-n)p+-p0
φ =     kp0    = 80%

Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

3

I) записаны положения теории и физические законы,

закономерности, применение которых необходимо для решения

задачи выбранным способом (в данном случае: указано, что при температуре 100∘ , давление равно 105   Па. Доказано, что после того, как объём уменьшили, пар станет насыщенным. Записан закон Дальтона для двух случаев. Записана формула влажности);

II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения

физических величин (за исключением обозначений констант,

указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии

задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при

написании физических законов);

III) представлены необходимые математические преобразования и

расчёты, приводящие к правильному числовому ответу

(допускается решение «по частям» с промежуточными

вычислениями);

IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения

искомой величины

Правильно записаны все необходимые положения теории,

2

физические законы, закономерности, и проведены необходимые

преобразования, но имеется один или несколько из следующих

недостатков

Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном

объёме или отсутствуют.

И (ИЛИ)

В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно,

неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены

в скобки, рамку и т.п.).

И (ИЛИ)

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях

допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не

доведены до конца.

И (ИЛИ)

Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка

Представлены записи, соответствующие одному из следующих

1

случаев.

Представлены только положения и формулы, выражающие

физические законы, применение которых необходимо для решения

задачи, без каких-либо преобразований с их использованием,

направленных на решение задачи, и ответа.

ИЛИ

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая

для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения),

но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися

формулами, направленные на решение задачи.

ИЛИ

В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи

(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена

ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с

имеющимися формулами, направленные на решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!