Давление влажного воздуха в сосуде под поршнем при

м. Добрынинская, ул. Большая

Задача о влажном воздухе

Давление влажного воздуха в сосуде под поршнем при температуре t = 100 °С равно р1 = 1,8*105 Па. Объём под поршнем изотермически уменьшили в k=4 раза. При этом давление в сосуде увеличилось в n=3 раза. Найдите относительную влажность ф воздуха в первоначальном состоянии. Утечкой вещества из сосуда пренебречь.

Источник

Давление влажного воздуха в сосуде под поршнем при температуре 100

Относительная влажность порции воздуха при некоторой температуре равна 10 %. Во сколько раз следует изменить давление этой порции воздуха для того, чтобы при неизменной температуре его относительная влажность увеличилась на 25 %?

Относительная влажность воздуха связана с парциальным давлением пара при некоторой температуре и давлением насыщенных паров при той же температуре соотношением

Для того чтобы увеличить влажность воздуха в 3,5 раза (с 10 % до 35 %), надо увеличить давление воздуха при неизменной температуре в 3,5 раза.

В задании написано «на 25 %» , а в решении решается задача «до 35 %» . То есть условия в задаче «25%» а в решении «35%»

Если 10 увеличить на 25, то получится 35.

Относительная влажность воздуха в сосуде, закрытом поршнем, равна 30%. Какой станет относительная влажность воздуха в сосуде, если его объём при неизменной температуре увеличить в 3 раза? Ответ дайте в процентах.

Относительная влажность воздуха определяется как отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенных паров при данной температуре. Температура в сосуде не изменяется, поэтому не изменяется давление насыщенных паров. При постоянной температуре произведение давления на объём остаётся постоянным:

поэтому при увеличении объёма в три раза давление упадёт в три раза. Следовательно, относительная влажность воздуха в сосуде также уменьшится в три раза и станет равной 10%.

Относительная влажность воздуха в цилиндре под поршнем равна 60 %. Воздух изотермически сжали, уменьшив его объём в два раза. Какова стала относительная влажность воздуха? (Ответ дать в процентах.)

Относительная влажность воздуха определяется следующим образом:

где — концентрация пара в сосуде, а — концентрация насыщенного пара при той же температуре (эта величина зависит только от температуры воздуха в сосуде). Воздух в сосуде сжимают изотермически, поэтому величинане изменяется. В начальный момент, согласно условию, концентрация пара в сосуде равна При сжатии концентрация начинает расти. На первый взгляд кажется, что уменьшение объема сосуда в два раза приведет к увеличению концентрации пара в два раза и она станет равной Однако, это не так. Концентрация насыщенного пара определяет максимально возможную при данной температуре концентрацию пара, она показывает, какое максимальное количество пара может находиться в единице объема при заданной температуре. Следовательно, конечная концентрация пара в сосуде станет равной Пар станет насыщенным, избытки влаги из воздуха сконденсируются. Конечная относительная влажность воздуха станет равно 100%.

Относительная влажность воздуха в цилиндре под поршнем равна 50 %. Воздух изотермически сжали, уменьшив его объем в 3 раза. Какова стала относительная влажность воздуха? (Ответ дать в процентах.)

В силу того, что насыщенный пар подчиняется уравнению Клапейрона — Менделеева, относительную влажность воздуха можно определить следующим образом:

где — концентрация пара в цилиндре, а — концентрация насыщенного пара при той же температуре (эта величина зависит только от температуры воздуха в сосуде). Воздух в сосуде сжимают изотермически, поэтому величина не изменяется. В начальный момент, согласно условию, концентрация пара в сосуде равна При сжатии концентрация начинает расти. На первый взгляд кажется, что уменьшение объема сосуда в три раза приведет к увеличению концентрации пара в три раза и она станет равной Однако это не так. Концентрация насыщенного пара определяет максимально возможную при данной температуре концентрацию пара, она показывает, какое максимальное количество пара может находиться в единице объёма при заданной температуре. Следовательно, конечная концентрация пара в сосуде станет равной Пар станет насыщенным, избытки влаги из воздуха сконденсируются. Конечная относительная влажность воздуха станет равной 100%.

На рисунке представлены два термометра, используемые для определения относительной влажности воздуха с помощью психрометрической таблицы, в которой влажность указана в процентах.

Психрометрическая таблица представлена ниже.

Разность показаний сухого и влажного термометров
1	2	3	4	5	6	7	8
10	100	88	76	65	54	44	34	24	14
11	100	88	77	66	56	46	36	26	17
12	100	89	78	68	57	48	38	29	20
13	100	89	79	69	59	49	40	31	23
14	100	90	79	70	60	51	42	33	25
15	100	90	80	71	61	52	44	36	27
16	100	90	81	71	62	54	45	37	30
17	100	90	81	72	64	55	47	39	32
18	100	91	82	73	64	56	48	41	34
19	100	91	82	74	65	58	50	43	35
20	100	91	83	74	66	59	51	44	37
21	100	91	83	75	67	60	52	46	39
22	100	92	83	76	68	61	54	47	40
23	100	92	84	76	69	61	55	48	42
24	100	92	84	77	69	62	56	49	43
25	100	92	84	77	70	63	57	50	44

Какой была относительная влажность воздуха в тот момент, когда проводилась съемка? (Ответ дайте в процентах.)

На рисунке видно, что сухой термометр показывает

а влажный — Следовательно, разность показаний сухого и влажного термометров составляет Находим в таблице пересечение соответствующих строки и столбца и получаем, что относительная влажность равна

Источник

Давление влажного воздуха в сосуде под поршнем при температуре 100

В сосуде, объём которого можно изменять при помощи поршня, находится воздух с относительной влажностью 50%. Поршень медленно вдвигают в сосуд при неизменной температуре. Во сколько раз уменьшится объём сосуда к моменту, когда водяной пар станет насыщенным?

Начальное давление воздуха под поршнем равно

Когда пар станет насыщенным, его давление станет равным давлению насыщенного пара Так как процесс изотермический (Т = const), то pV = const. Следовательно,

т. е. объём уменьшился в 2 раза.

В закрытом сосуде объёмом 5 литров находится влажный воздух при температуре 100 °С и давлении

Па. Относительная влажность воздуха равна 60 %.

Выберите два верных утверждения.

1) В этом сосуде парциальное давление паров воды больше парциального давления воздуха.

2) В этом сосуде парциальное давление паров воды меньше парциального давления воздуха.

3) В этом сосуде масса воздуха меньше массы паров воды.

4) В этом сосуде масса воздуха больше массы паров воды.

5) Если при неизменной температуре увеличить объём сосуда в 5 раз, то относительная влажность воздуха станет равна 100 %.

1. Неверно. Давление насыщенных паров воды при 100 °С равно нормальному атмосферному давлению = 10 5 Па. Найдём парциальное давление водяных паров:

откуда

Найдём также парциальное давление воздуха:

(закон Дальтона), откуда То есть парциальное давление воздуха больше парциального давления водяных паров.

2. Верно, см. пункт 1.

3. Неверно. Из уравнения Менделеева-Клайперона можно выразить массы воздуха и водяных паров. ##

4. Верно, см. пункт 3.

5. Неверно. Из закона Бойля-Мариотта

при , то есть если объём увеличивается, то давление должно уменьшаться, а значит и относительная влажность воздуха будет уменьшаться.

В закрытом сосуде объёмом 5 литров находится влажный воздух при температуре 100 °С и давлении

Па. Относительная влажность воздуха равна 60 %.

Выберите два верных утверждения.

1) В этом сосуде парциальное давление паров воды больше парциального давления воздуха.

2) В этом сосуде парциальное давление паров воды меньше парциального давления воздуха.

3) В этом сосуде масса воздуха больше массы паров воды.

4) В этом сосуде масса воздуха меньше массы паров воды.

5) Если при неизменной температуре увеличить объём сосуда в 6 раз, то относительная влажность воздуха станет равна 100 %.

1. Верно. Давление насыщенных паров воды при 100 °С равно нормальному атмосферному давлению = 10 5 Па. Найдём парциальное давление водяных паров:

откуда

Найдём также парциальное давление воздуха:

(закон Дальтона), откуда То есть парциальное давление воздуха меньше парциального давления водяных паров.

2. Неверно, см. расчёты пункта 1.

3. Верно. Из уравнения Менделеева-Клапейрона можно выразить массы воздуха и водяных паров. ##

4. Неверно, см. пункт 3.

5. Из закона Бойля-Мариотта

Относительная влажность воздуха в закрытом сосуде с поршнем равна 40%. Объем сосуда за счет движения поршня медленно уменьшают при постоянной температуре. В конечном состоянии объем сосуда в 3 раза меньше начального. Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведенных экспериментальных наблюдений, и укажите их номера.

1) При уменьшении объема сосуда в 2,5 раза на стенках появляется роса.

2) Давление пара в сосуде все время увеличивается.

3) В конечном и начальном состоянии масса пара в сосуде одинакова.

4) При уменьшении объема в 2 раза относительная влажность воздуха в сосуде стала равна 80%.

5) В конечном состоянии весь пар в сосуде сконденсировался.

После уменьшения объёма в 2 раза относительная влажность воздуха увеличилась в 2 раза и стала 80%. Когда объём стал в 2,5 раза меньше первоначального, относительная влажность достигла 100%, после чего водяные пары начинали конденсироваться на стенках. При дальнейшем уменьшении объёма давление водяных паров оставалось постоянным. В конечном состоянии не весь пар в сосуде сконденсировался.

Верны первое и четвёртое утверждения.

Почему ответ два является неверным, если давление увеличивается в процессе движения поршня в 3 раза?

Давление пара в сосуде увеличивается не всё время.

Конечное давление больше начального в 2,5 раза, а не 3.

Воздух в комнате состоит из смеси газов: водорода, кислорода, азота, водяных паров, углекислого газа и др. При тепловом равновесии у этих газов обязательно одинаковы

2) парциальные давления

3) концентрации молекул

При тепловом равновесии газов выравниваются их средние кинетические энергии теплового движения, а значит, и температуры.

На рисунке изображены: пунктирной линией — график зависимости давления

насыщенных паров воды от температуры и сплошной линией — процесс 1-2 изменения парциального давления паров воды.

По мере такого изменения парциального давления паров воды абсолютная влажность воздуха

4) может как увеличиваться, так и уменьшаться

Абсолютная влажность воздуха — физическая величина, показывающая массу водяных паров, содержащихся в 1

воздуха. Другими словами, это плотность водяного пара в воздухе. Водяной пар подчиняется уравнению состояния идеального газа: Из графика видно, что рассматриваемый процесс находится под кривой зависимости давления насыщенных паров от температуры, значит, пар в ходе процесса 1-2 остается ненасыщенным. Кроме того, из графика видно, что температура газа остается неизменной, а давление газа увеличивается. Следовательно, абсолютная влажность воздуха также увеличивается.

В сосуде под поршнем находится влажный воздух с относительной влажностью 60 % при постоянной температуре 100 °С. В начальном состоянии его давление составляет

Определите, во сколько k раз нужно уменьшить объём в сосуде, чтобы давление возросло в 3 раза?

Давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений воздуха

и водяного пара :

При температуре 100 °С давление насыщенных водяных паров равно

При уменьшении объёма в

раз парциальное давление воздуха по закону Бойля — Мариотта увеличивается в раз. У водяного пара при уменьшении объёма парциальное давление сначала увеличивается до тех пор, пока не достигнет давления насыщенных паров, после чего его парциальное давление будет оставаться постоянным, а часть пара сконденсируется (изменением объёма влажного воздуха из-за капелек воды можно пренебречь). Таким образом, в конечном состоянии

На рисунке изображены: пунктирной линией — график зависимости давления

По мере такого изменения парциального давления паров воды абсолютная влажность воздуха

4) может как увеличиваться, так и уменьшаться

Абсолютная влажность воздуха — физическая величина, показывающая массу водяных паров, содержащихся в 1

воздуха. Другими словами, это плотность водяного пара в воздухе. Водяной пар подчиняется уравнению состояния идеального газа: Из графика видно, что в ходе процесса 1-2 температура газа остается неизменной, а давление газа уменьшается. Следовательно, абсолютная влажность воздуха также уменьшается.

почему уменьшается ? это зависит от давления ? ( зачем тогда формула ?)

— не изменяются, уменьшается, значит, уменьшается.

В цилиндре под поршнем при комнатной температуре t долгое время находится только вода и её пар. Масса жидкости в два раза больше массы пара. Первоначальное состояние системы показано точкой на pV-диаграмме. Медленно перемещая поршень, объём V под поршнем изотермически увеличивают от V до 6V. Постройте график зависимости давления p в цилиндре от объёма V на отрезке от V до 6V. Укажите, какими закономерностями вы при этом воспользовались.

1. На участке от

до давление под поршнем постоянно (давление насыщенного пара на изотерме). На участке от до давление под поршнем подчиняется закону Бойля — Мариотта.

На участке от

до график — горизонтальный отрезок прямой, на участке от до — фрагмент гиперболы (для экспертов: отсутствие названий не снижает оценку, названия помогают оценке графика, сделанного от руки).

2. В начальном состоянии над водой находится насыщенный водяной пар, так как за длительное время в системе установилось термодинамическое равновесие.

3. Пока в цилиндре остается вода, при медленном изотермическом расширении пар остается насыщенным. Поэтому график

будет графиком константы, т. е. отрезком горизонтальной прямой. Количество воды в цилиндре при этом убывает. При комнатной температуре концентрация молекул воды в насыщенном паре ничтожна по сравнению с концентрацией молекул воды в жидком агрегатном состоянии. Масса воды в два раза больше массы пара. Поэтому, во-первых, в начальном состоянии насыщенный пар занимает объём, практически равный Во-вторых, чтобы вся вода испарилась, нужно объём под поршнем увеличить ещё на Таким образом, горизонтальный отрезок описывает зависимость на участке от до

4. При

под поршнем уже нет жидкости, все молекулы воды образуют уже ненасыщенный водяной пар, который можно на изотерме описывать законом Бойля — Мариотта: т. е. Графиком этой зависимости служит гипербола. Таким образом, на участке от до зависимость изображается фрагментом гиперболы.

Источник

➤ Adblock
detector

Источник

25. Молекулярная физика (Расчетная задача)

1. Вспоминай формулы по каждой теме

2. Решай новые задачи каждый день

3. Вдумчиво разбирай решения

В сосуде объёмом 3 л при температуре +70 (^{circ})С находится смесь воздуха с водяными парами. Давление в сосуде равно 99,2 кПа, относительная влажность воздуха 50(%). Давление насыщенного водяного пара при данной температуре равно 31,1 кПа. Какое количество воздуха находится в сосуде? Ответ выразите в миллимолях и округлите до целого числа.

Влажность воздуха: [varphi=dfrac{p_{text{вод.пар}}}{p_{text{нас.пар}}} ; ; ; Rightarrow ; ; ; p_{text{вод.пар}}=varphi cdot p_{text{нас.пар}}] где (p_{text{вод.п.}}) — давление водяных паров, (p_{text{н.п.}}) — давление насыщенных паров. [p_{text{вод.пар}}=0,5cdot31,1text{ кПа}=15,55 text{ кПа}] По закону Дальтона, давление смеси равно сумме парциальных давлений компонентов: [p_{text{см}}=p_1+p_2+dots+p_n] [p_{text{см}}=p_{text{возд}}+p_{text{вод.пар}} ; ; ; Rightarrow ; ; ; p_{text{возд}}=p_{text{см}}-p_{text{вод.пар}}] [p_{text{возд}}=99,2text{ кПа}-15,55text{ кПа}=83,65 text{кПа}] Запишем уравнение Менделеева – Клапейрона для воздуха: [p_{text{возд}}V=nu RT] где (V) — объем газа, (nu) — количество вещества, (R) — универсальная газовая постоянная, (T) — температура газа в Кельвинах.
Вырразим количесвто веещества: [nu=dfrac{p_{text{возд}}V}{RT}] [nu=dfrac{83,65cdot10^3text{ Па}cdot3cdot10^{-3}text{ м}^3}{8,31text{ Дж/(моль$cdot$К)}cdot(70+273)text{ К}} approx 88 text{ ммоль}]

Ответ: 88

В большом сосуде с жёсткими стенками, закрытом подвижным поршнем, находятся воздух и насыщенный водяной пар при температуре 100 (^{circ})С. Давление в сосуде равно 150 кПа. Поршень переместили, поддерживая температуру содержимого сосуда постоянной. При этом половина водяного пара сконденсировалась. Какое давление установилось в сосуде? Ответ выразите в кПа.

В сосуде находятся воздух и насыщенный пар, при этом давление в сосуде состоит из суммы давлений этих двух газов: [p=p_1+p_2] Так как водяной пар насыщенный, то его давление при 100 (^{circ})С равно 100 кПа: (p_1) = 100 кПа.
Тогда давление воздуха равно: [p_2=150text{ кПа}-100text{ кПа}=50text{ кПа}] Половина водяного пара сконденисровалась, это означает, что объем уменьшили в 2 раза.
Давление водяных паров не изменилось, так как пар насыщенный.
Давление воздуха увеличилось в 2 раза, потому что объем уменьшился в 2 раза, температура не меняется.
Таким образом, давление в конечном сосстоянии в сосуде: [p=p_1+p’_2] [p =100text{ кПа}+50text{ кПа}cdot2=200 text{ кПа}]

Ответ: 200

В закрытом сосуде находится 4 г водяного пара под давлением 50 кПа и при температуре 100 (^{circ})С. Не изменяя температуры, объём сосуда уменьшили в 4 раза. Найдите массу образовавшейся при этом воды. Ответ приведите в граммах.

Влажность воздуха: [varphi=dfrac{p_{text{вод.пар}}}{p_{text{нас.пар}}}] где (p_{text{вод.п.}}) — давление водяных паров, (p_{text{нас.п.}}) — давление насыщенных паров.
Давление насыщенного водяного пара при 100 (^{circ})С равно 10(^5) Па.
Так как объем умеьшился в 4 раза, а максимальное давление (10^5) Па (100 кПа), то давление может увеличиться только в 2 раза.
Запишем уравнение Менделеева – Клапейрона для водяного пара: [p_{text{вод.пар}}V=dfrac{m}{mu} RT] где (mu) — молярная масса газа, (V) — объем газа, (m) — масса пара, (R) — универсальная газовая постоянная, (T) — температура пара в Кельвинах.
Из закона видно, что для уменьшения объема в 4 раза (так как давление увеличится в 2 раза) необходимо уменьшение массы водяного пара в 2 раза (то есть половина водяного пара сконденсируется): [m_{text{вод}}=dfrac{m_{text{пар}}}{2}=2text{ г}]

Ответ: 2

В сосуде под поршнем находится 3г водяного пара под давлением 25 кПа при температуре 100 (^circ)С. Объем сосуда изотермически уменьшили в 3 раза, найдите массу образовавшейся воды. Ответ дайте в граммах.

Давление насыщенных паров при 100 (^circ)С равно 100кПа. Найдем влажность пара в сосуде по формуле: [phi=dfrac{p}{p_text{ н.п.}}100%] где (p) — давление газа, (p_text{ н.п.}) — давление насыщенных паров при данной температуре.
Так как объем сосуда изотермически уменьшили, то по закону Бойля – Мариотта: (pV=const), где (V) объем газа.
А значи, при уменьшении объема в 3 раза, давление возрастает в 3 раза.
Тогда влажность равна: [varphi=dfrac{3cdot 25text{ кПа}}{100text{ кПа}}cdot100%=75%] Так как влажность меньше 100% то водяные пары не будут конденсироваться, а значит масса водяного пара не будет увеличиваться.

Ответ: 0

В начальный момент времени газ имел давление (p) = 1(cdot)10(^5) Па при (t) = 100 (^{circ})С. Затем газ изотермически сжали в (k) = 4 раз. В результате давление газа увеличилось в 2 раза. Определите относительную влажность в начальный момент времени. Потерями вещества пренебречь. Ответ дайте в процентах.

Давление насыщенного водяного пара при 100 (^{circ})С равно 10(^5) Па.
Так как объем умеьшился в 4 раза, а давление увиличилось только в 2 раза, то это означает, что часть пара сконденсировалось и пар стал насыщенным, то есть: [p_{text{вод.пар}}=p_{text{нас.пар}}=100text{ кПа}] где (p_{text{вод.пар}}) — давление водяных паров, (p_{text{нас.пар}}) — давление насыщенных паров.
Суммарное конечное давление равно: [p_2=2p_1= 2p] [p_2 = 2cdot1cdot10^5text{ Па} = 200 text{ кПа}] По закону Дальтона, давление смеси равно сумме парциальных давлений компонентов: [p_{text{см}}=p_1+p_2+dots+p_n] [p_{text{см}}=p_{text{возд}}+p_{text{вод.пар}} ; ; ; Rightarrow ; ; ; p_{text{возд}}=p_{text{см}}-p_{text{вод.пар}}] [p_{text{возд}} = 200text{ кПа}-100text{ кПа}=100 text{кПа}] Процесс сжатия воздуха является изотермическим (по условию), значит в начальный момент давление воздуха было в 4 раза меньше: [p_{o_{text{возд}}}=dfrac{100cdot10^3text{ Па}}{4}=25 text{ кПа}] [p_{text{см}}=p_{text{возд}}+p_{text{вод.пар}}] [p_{o_{text{вод.пар}}}=p_{o_{text{см}}}-p_{o_{text{возд}}}] [p_{o_{text{вод.пар}}}=100text{ кПа}-25text{ кПа}=75 text{ кПа}]
Найдем влажность воздуха: [varphi=dfrac{p_{text{вод.пар}}}{p_{text{нас.пар}}}] [varphi=dfrac{75text{ кПа}}{100text{ кПа}}=0,75=75%]

Ответ: 75

Источник