В одном закрытом сосуде находится ненасыщенный пар температура
11. МКТ и Термодинамика (объяснение явлений)
1. Вспоминай формулы по каждой теме
2. Решай новые задачи каждый день
3. Вдумчиво разбирай решения
В герметично закрытом сосуде относительная влажность воздуха равна 68% при температуре 43 (^circ)C. После впрыскивают ещё немного воды и и дожидаются установления в сосуде теплового равновесия. Выберите два верных утверждения, описывающих этот процесс. Давление насыщенного пара при температуре 43 (^circ)C равно 8,6 кПа.
1) Если вода начала конденсироваться, то относительная влажность воздуха стала больше 100%.
2) Абсолютная влажность воздуха изначально была равна 0,2 кг/м(^3).
3) Парциальное давление водяных паров увеличилось.
4) Концентрация водяных паров увеличилась.
5) Относительная влажность воздуха уменьшилась.
1) (color{red}{small text{Неверно}})
Относительная влажность воздуха не может быть больше 100%
2) (color{red}{small text{Неверно}})
Абсолютная влажность воздуха – это плотность водяного пара в воздухе, который мы можем высчитать по уравнению Менделеева-Клапейрона: [p=p_text{нас}varphi] [pV=dfrac{m}{mu}RT] [p=dfrac{rho}{mu}RT] [rho=dfrac{p_text{нас}varphimu}{RT}=dfrac{8,6cdot 10^3text{ Па}cdot 0,68 cdot 18 cdot 10^{-3} text{ кг/моль}}{8,31 dfrac{text{Дж}}{text{моль}cdottext{К}}cdot (273+43)text{ К}}=0,002text{ кг/м}^3]
3) (color{green}{small text{Верно}})
Чем больше молекул воды, тем больше концентрация, следовательно выше давление: [n=dfrac{N}{V}] [p=nKT]
4) (color{green}{small text{Верно}})
Смотрите пункт 3.
5) (color{red}{small text{Неверно}})
Так как увеличивается давление водяных паров при неизменной температуре, увеличивается относительная влажность воздуха.
Ответ: 34
В сосуде под поршнем находится вода и водяной пар. Объём сосуда медленно изотермически увеличивают, при этом в сосуде еще остается вода. Как изменяются при этом масса пара и его давление?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
[begin{array}{|c|c|}
hline
text{ Масса пара}&text{ Давление пара}\
hline
&\
hline
end{array}]
1) В закрытом сосуде, когда есть вода и водяной пар. Жидкая и газообразная фаза находится в динамическом равновесии, то есть пар всегда насыщенный. Так как объем увеличивается, то вода будет испаряться и масса пара увеличивается. Масса пара – 1
2) Пар в данном процессе всегда остается насыщенным, следовательно давление насыщенных паров остается неизменным. Давление – 3
Ответ: 13
В цилиндрический сосуд, герметично закрытый подвижным поршнем, впрыснули некоторое количество воды, после чего сдвинули поршень и дождались установления в сосуде теплового равновесия. Выберите два верных утверждения, описывающих этот процесс. Температура в сосуде поддерживаетя постоянной
1) Если уменьшить объем в 3 раза, а давление увеличится в 2 раза, то пар станет насыщенным.
2) Если уменьшить объем в 3 раза, а давление увеличится в 2 раза, масса воды в воздухе уменьшится.
3) Если увеличить объем, то концентрация воды в воздухе увеличится.
4) Если увеличить объем в 4 раза, а давление увеличится в 2 раза, то изначально относительная влажность была равна 50%.
5) Если уменьшить объем в 3 раза, и давление уменьшится в 3 раза, то пар начнёт конденсироваться.
1) (color{green}{small text{Верно}})
Так как при уменьшении объема давление увеличивается только в 2 раза (а не в 3), значит в ходе процесса изменилось количество водяного пара, значит пар превращался в воду, что говорит о том, что влажность стала равной 100%, пар стал насыщенным.
2) (color{green}{small text{Верно}})
Так как пар превращался в воду, значит количество водяного пара в воздухе уменьшалось.
3) (color{red}{small text{Неверно}})
Концентрация рассчитывается по формуле: [n=dfrac{N}{V}] Количество молекул воды не изменилось, объем увечился, значит концентрация уменьшилась.
4) (color{red}{small text{Неверно}})
Так как при увеличении объема давление уменьшается только в 2 раза (а не в 4), значит в ходе процесса изменилось количество водяного пара, тогда вода превращалась в пар, что говорит о том, что изначальная относительная влажность была равна 100%.
5) (color{red}{small text{Неверно}})
Если давление уменьшается в равном количестве с объемом, то масса водяных паров не уменьшается, значит конденсации не происходит.
Ответ: 12
В двух одинаковых сосудах при температурах (t_1=15^circ) и (t_2=27^circ) относительные влажности равны (varphi_1=77%) и (varphi_2=40%). Выберите два верных утверждения, описывающих эту ситуацию.
1) Концентрация водяного пара во втором сосуде больше, чем в первом.
2) Чтобы во втором сосуде выделилась роса, нужно при неизменной температуре уменьшить давление в 2,5 раза.
3) Чтобы в первом сосуде выделилась роса, нужно при неизменном давлении увеличить температуру в 1,5 раза.
4) Плотность водяных паров в первом сосуде больше, чем во втором.
5) Давление насыщенного пара при во втором сосуде больше, чем в первом в 2 раза.
1) (color{red}{small text{Неверно}})
Воспользуемся формулой: [p=nKT] Выходит, что чем больше давление, тем больше концентрация. А давление больше там, где выше влажность.
2) (color{red}{small text{Неверно}})
Чтобы роса начала выделяться, давление должно быть как минимум равно давлению насыщенного пара. Если мы понизим давление, ничего не случится.
3) (color{red}{small text{Неверно}})
Точка росы — это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу. В нашем случае температура повышается, значит дойти до точке росы не получится.
4) (color{green}{small text{Верно}})
Вомользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона: [pV=dfrac{m}{mu}RT] [p=dfrac{rho}{mu}RT] Значит, чем больше давление, тем больше плотность.
5) (color{green}{small text{Верно}})
Давления водяного пара в обоих случаях: [p_1=p_text{нас.1}varphi_1] [p_2=p_text{нас.2}varphi_2] Так как (V=const), то по закону Шарля: [dfrac{p_1}{p_2}=dfrac{T_1}{T_2}] Тогда: [dfrac{p_text{нас.2}varphi_2}{p_text{нас.1}varphi_1}=dfrac{T_2}{T_1}] [dfrac{p_text{нас.2}}{p_text{нас.1}}=dfrac{varphi_1 T_2}{varphi_2 T_1}=dfrac{77cdot (27+273) K}{40cdot (15+273) K}=2]
Ответ: 45
Сухой и влажный воздух при одинаковых давлении и температуре занимает одинаковые сосуды, следовательно,
1) плотность влажного воздуха меньше плотности сухого.
2) плотность сухого воздуха меньше плотности влажного.
3) плотности газов одинаковы.
4) суммарное количество молей в сосудах одинаково.
5) парциальное давление водяных паров больше, чем остальных газов, составляющих воздух.
[begin{array}{|c|c|}
hline
text{ A }&text{ Б }\
hline
&\
hline
end{array}]
1) Согласно закону Авогадро — в равных объемах газа при одинаковых давлении и температуре содержится одинаковое количество молекул. Влажный воздух получается из сухого в результате замещения (N) молекул воздуха (молярная масса (M = 0,029) кг/моль) (N) молекулами воды (молярная масса (M = 0,018) кг/моль). Следовательно, плотность влажного воздуха меньше плотности сухого воздуха.
2) По уравнению Менделеева – Клапейрона: (PV = nu RT) и из условия, что объём, давление и температура одинаковы (Rightarrow) одинаковы и количество молей двух газов.
Ответ: 14
Какие приборы используют для измерения относительной влажности воздуха?
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
1) гигрометр
2) динамометр
3) психрометр
4) осциллограф [begin{array}{|c|c|}
hline
text{ A }&text{ Б }\
hline
&\
hline
end{array}]
Для изучения влажности воздуха используют гигрометр и психрометр.
Ответ: 13
Как изменится давление водяного пара при уменьшении его объема в 2 раза при постоянной температуре? Выберите два верных утверждения.
1) Если в сосуде находится ненасыщенный пар, его давление уменьшится.
2) Если в сосуде находится насыщенный пар, его давление увеличится.
3) Если в сосуде находится ненасыщенный пар с влажностью более 60%, его давление сначала увеличится, затем перестанет изменяться.
4) Давление пара при постоянной температуре увеличится в любом случае.
5) Если в сосуде находится насыщенный пар, его давление не изменится.
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
[begin{array}{|c|c|}
hline
text{ A }&text{ Б }\
hline
&\
hline
end{array}]
1) Если в сосуде находится ненасыщенный пар и уменьшают объем, то давление увеличивается в 2 раза, т.к. уменьшается объем в 2 раза (пользуемся формулой Менделеева – Клапейрона: (PV = nu RT) ).
2) Если в сосуде находится насыщенный пар и уменьшают объем, то давление не изменяется, т.к. часть молекул конденсируется в воду.
3) Если в сосуде находится ненасыщенный пар с влажностью более 60%, его давление сначала увеличится, затем перестанет изменяться, когда водяной пар достигнет влажности (100 %).
4) Если пользоваться формулой Менделеева – Клапейрона (PV = nu RT), то можно понять, что это суждение неверное.
5) Если в сосуде находится насыщенный пар и уменьшают объем, то давление не изменяется, т.к. часть молекул конденсируется в воду.
Ответ: 35
Источник
Жидкости имеют свойство испаряться. Если бы мы капнули на стол по капле воды, эфира и ртути (только не делайте этого в домашних условиях!), смогли бы наблюдать, как постепенно капли исчезают – испаряются. Одни жидкости испаряются быстрее, другие медленнее. Процесс испарения жидкости еще называется парообразованием. А обратный процесс превращения пара в жидкость – конденсацией.
Эти два процесса иллюстрируют фазовый переход – процесс перехода веществ из одного агрегатного состояния в другое:
- испарение (переход из жидкого в газообразное состояние);
- конденсация (переход из газообразного состояния в жидкое);
- десублимация (переход из газообразного состояния в твердое, минуя жидкую фазу);
- возгонка, она же сублимация (переход из твердого в газообразное состояние, минуя жидкое).
Сейчас, к слову, подходящий сезон, чтобы наблюдать процесс десублимации в природе: иней и изморозь на деревьях и предметах, морозные узоры на окнах – ее результат.
Как образуется насыщенный и ненасыщенный пар
Но вернемся к парообразованию. Мы продолжим экспериментировать и нальем жидкость – воду, например, в открытый сосуд, а к нему подсоединим манометр. Невидимое глазу, в сосуде происходит испарение. Все молекулы жидкости находятся в непрерывном движении. Некоторые движутся так быстро, что их кинетическая энергия оказывается сильнее той, что связывает молекулы жидкости вместе.
Покинув жидкость, эти молекулы продолжают хаотически двигаться в пространстве, подавляющее их большинство рассеивается в нем – так образуется ненасыщенный пар. Лишь небольшая их часть возвращается обратно в жидкость.
Если закроем сосуд, молекул пара постепенно будет становиться все больше. И все больше их будет возвращаться в жидкость. При этом будет увеличиваться давление пара. Это зафиксирует подсоединенный к сосуду манометр.
Спустя какое-то время число молекул, вылетающих из жидкости и возвращающихся в нее, сравняется. Давление пара перестанет изменяться. В результате насыщения пара установится термодинамическое равновесие системы жидкость-пар. То есть испарение и конденсация будут равны.
Свойства насыщенного пара
Чтобы их проиллюстрировать наглядно, используем еще один эксперимент. Призовите всю силу своего воображения, чтобы представить его. Итак, возьмем ртутный манометр, состоящий из двух колен – сообщающихся трубок. В оба налита ртуть, один конец открыт, второй запаян и над ртутью в нем находится еще некоторое количество эфира и его насыщенного пара. Если опускать и поднимать не запаянное колено, уровень ртути в запаянном будет также опускаться и подниматься.
При этом будет изменяться и количество (объем) насыщенного пара эфира. Разность уровней ртутных столбиков в обоих коленах манометра показывает давление насыщенного пара эфира. Оно будет сохраняться неизменным все время.
Отсюда вытекает свойство насыщенного пара – его давление не зависит от занимаемого им объема. Давление насыщенных паров различных жидкостей (воды и эфира, к примеру) разное при одинаковой температуре.
Однако температура насыщенного пара имеет значение. Чем выше температура, тем выше и давление. Давление насыщенного пара с увеличением температуры возрастает быстрее, чем это происходит с ненасыщенным паром. Температура и давление ненасыщенного пара связаны линейной зависимостью.
Можно провести еще один любопытный опыт. Взять пустую колбу без паров жидкости, закрыть ее и подсоединить манометр. Постепенно, по капле, подавать внутрь колбы жидкость. По мере поступления жидкости и ее испарения устанавливается давление насыщенного пара, наибольшее для данной жидкости при данной температуре.
Еще о температуре и насыщенном паре
Температура пара влияет и на скорость конденсации. Так же, как температура жидкости определяет скорость испарения – число молекул, которые вылетают с поверхности жидкости в единицу времени, другими словами.
У насыщенного пара его температура равна температуре жидкости. Чем выше температура насыщенного пара, тем выше его давление и плотность, ниже плотность жидкости. При достижении критической для вещества температуры плотность жидкости и пара одинаковая. Если температура пара выше критической для вещества температуры, физические различия между жидкостью и насыщенным паром стираются.
Определение давления насыщенного пара в смеси с другими газами
Мы сказали о неизменном при постоянной температуре давлении насыщенного пара. Мы определяли давление в «идеальных» условиях: когда в сосуде или колбе присутствуют жидкость и пар только одного вещества. Рассмотрим еще эксперимент, в котором молекулы вещества рассеяны в пространстве в смеси с другими газами.
Для этого возьмем два открытых стеклянных цилиндра и поместим в оба закрытые сосуды с эфиром. Как водится, подсоединим манометры. Один сосуд с эфиром раскрываем, после чего манометр фиксирует повышение давления. Разность между этим давлением и давлением в цилиндре с закрытым сосудом эфира и позволяет узнать давление насыщенного пара эфира.
О давлении и кипении
Испарение возможно не только с поверхности жидкости, но и в ее объеме – тогда его называют кипением. При повышении температуры жидкости образуются пузырьки пара. Когда давление насыщенного пара больше либо равно давлению газа в пузырьках, жидкость испаряется внутрь пузырьков. А те расширяются и поднимаются на поверхность.
Жидкости кипят при разных температурах. В обычных условиях вода закипает при 1000С. Но с изменением атмосферного давления меняется и температура кипения. Так, в горах, где воздух сильно разрежен и атмосферное давление ниже, по мере подъема в горы снижается и температура кипения воды.
Кстати, в герметично закрытом сосуде кипение невозможно вообще.
Еще один пример взаимосвязи давления пара и испарения демонстрирует такая характеристика содержания паров воды в воздухе, как относительная влажность воздуха. Она представляет собой отношение парциального давления паров воды к давлению насыщенного пара и определяется по формуле: φ = р/ро * 100%.
При понижении температуры воздуха концентрация водяных паров в нем повышается, т.е. они становятся более насыщенными. Эта температура называется точкой росы.
Подведем итоги
На несложных примерах мы разобрали суть процесса испарения и образующиеся в его результате ненасыщенный и насыщенный пар. Все эти явления вы ежедневно можете наблюдать вокруг себя: например, видеть высыхающие после дождя лужи на улицах или запотевшее от пара зеркало в ванной комнате. В ванной вы даже можете наблюдать, как сначала происходит парообразование, а потом конденсация скопившейся на зеркале влаги обратно в воду.
Вы также можете использовать эти знания, чтобы сделать свою жизнь более комфортной. Например, зимой во многих квартирах воздух очень сухой, и это плохо сказывается на самочувствии. Вы можете использовать современный прибор-увлажнитель, чтобы сделать его более влажным. Или по старинке поставить в комнате емкость с водой: постепенно испаряясь, вода насытит воздух своими парами.
Поделитесь ссылкой на эту статью со своими одноклассниками и друзьями. Сделать это совсем не сложно – специальные кнопки есть под текстом. А кто-нибудь даже скажет вам спасибо за полезную информацию.
© blog.tutoronline.ru,
при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.
Источник