Насыщенный пар. Кипение. Влажность

Насыщенным (насыщающим) паром называется пар, находящийся в дина-мическом равновесии со своей жидкостью: скорость испарения равна скорости

конденсации. Давление и плотность насыщенного пара для данного вещества зависят от его температуры и увеличиваются при увеличении температуры.

Условие кипения жидкости — это условие роста пузырьков насыщенного пара в жидкости. Пузырек может расти, если давление насыщенного пара внутри него будет не меньше внешнего давления. Итак, жидкость кипит при той температуре, при которой давление ее насыщенных паров равно внешнему давлению. Приведем полезный пример.

Известно, что при нормальном атмосферном давлении P ₀ 10 ⁵ Па вода кипит при 100 C: Это означает, что давление насыщенных паров воды при

100 C равно P ₀ 10 ⁵ Па. Это следует помнить.

Пары воды в атмосферном воздухе обычно ненасыщенные. Абсолютной влажностью воздуха называется плотность водяных паров. Относитель-ной влажностью воздуха называется величина

Здесь P — парциальное давление паров воды при данной температуре в сме-си «воздух–пары воды», P _нас — парциальное давление насыщенных водяных паров при той же температуре. Опыт показывает, что P _нас зависит только от температуры и не зависит от наличия других газов, т. е. от плотности и состава воздуха.

Если пар считать идеальным газом, то

Пример 14.1. Воздух имеет температуру50C и абсолютную влажность40 г/м ³. Какой будет абсолютная влажность этого воздуха, если температура понизится до 10 C? Известно, что при 10 C давление насыщенного пара воды

P = 1226Па.

Решение. При10C(T = 283К) плотность насыщенных паров воды

= _RT^P = 9; 4 10 ³ кг = м ³ = 9; 4 г = м ³:

Эта величина меньше, чем 40 г = м ³. Поэтому часть пара сконденсируется и абсолютная влажность будет 9; 4 г = м ³.

Пример 14.2. В цилиндре под поршнем находится водяной пар при тем-пературе 100 C и давлении 40 кПа. Каким станет давление пара в цилиндре, если объем его изотермически уменьшить в 4 раза?

Решение. Выясним, произошла или нет конденсация пара. Если конден-сации нет, то масса пара не изменяется и в изотермическом процессе P ₁ V =

= P ₂ ^V ₄. Здесь V — начальный объем пара, P ₁ = 40 кПа. Тогда давление пара

после сжатия P ₂ = 4 P = 160 кПа = 1; 6 10 ⁵ Па, что больше давления насы-щенных паров воды при 100 C, равном 10 ⁵ Па. Поэтому часть пара сконден-сируется, оставшийся пар будет насыщенным, его давление станет 10 ⁵ Па.

§ 15. Вопросы и задачи для самостоятельного решения

В предлагаемых условиях вопросов и задач газы можно считать иде-альными. Молярные массы воды и конкретных газов считаются извест-ными.

1. Какую энергию следует понимать под E в основном уравнении молеку-лярно-кинетической теории, записанном для двухатомного идеального газа?

2. Найти среднюю квадратичную скорость молекул кислорода при темпе-ратуре 20 C.

3. Во сколько раз отличаются средние квадратичные скорости молекул гелия и молекул кислорода при одной и той же температуре?

4. Какое количество вещества (число молей) находится в воздухе, содер-жащемся в сосуде объемом V = 1 л при давлении P = 10 ⁵ Па и температуре

22 C?

5. Газ в цилиндре под поршнем изотермически сжали, уменьшив объем в 3 раза. Как и во сколько раз изменилось давление газа?

6. Из баллона с газом израсходовали часть газа. Затем баллон охладили.

В результате давление упало на 40%, а температура (по шкале Кельвина) уменьшилась на 10%. Какая часть массы газа была израсходована?

7. Газ в количестве 3 моль в процессе с постоянной теплоемкостью получил количество теплоты 900 Дж. Его температура уменьшилась на 30 К. Найти молярную теплоемкость газа в этом процессе.

Рис. 15.1.

8. Реальному газу в некотором процессе сообщили 400 Дж теплоты. Внут-ренняя энергия газа при этом уменьшилась на 300 Дж. Найти работу, совер-шенную газом.

9. Какое количество теплоты получил одноатомный идеальный газ в ко-личестве = 0; 4 моль в изобарическом процессе, в котором его температура увеличилась на ¢ T = 30 K.

10. Одноатомный идеальный газ в количестве = 1; 5 моль нагревают при постоянном давлении от температуры T = 280 К. Какое количество теплоты сообщили газу, если его объем увеличился в 3 раза?

11. В цикле Карно рабочее тело отдает холодильнику 80% теплоты, полу-ченной от нагревателя. Температура нагревателя T _н = 375 K: Найти темпера-туру холодильника.

12. Тепловой двигатель работает по циклу, изображенному на P V - диаграмме (рис. 15.1). Рабочее тело — одноатомный идеальный газ. Найти КПД теплового двигателя.

13. В калориметре при температуре t ₁ = 0C находились m ₁ = 400г во-ды и m ₂ = 20 г льда. Сколько водяного пара при температуре t ₂ = 100 C было впущено в воду, если в результате весь лед растаял и в калориметре установи-лась температура t = 10 C? Теплоемкость калориметра c _к = 1600 Дж = K, удель-ная теплоемкость воды c ₁ = 4; 19 10 ³ Дж = (кг K), удельная теплота плавле-ния льда = 330 10 ³ Дж = кг, удельная теплота парообразования воды r =

= 22; 6 10 ⁵ Дж = кг. Потерями энергии в окружающую среду пренебречь.

14. Как вызвать кипение воды при 16 C?

15. Воздух имеет температуру 32 C и абсолютную влажность 25 г = м ³. Ка-кой будет абсолютная влажность этого воздуха, если температура понизит-ся до 17 C? Известно, что при 17 C давление насыщенного пара воды P =

= 1; 93 кПа.

16. В цилиндре под поршнем находится водяной пар при температуре 100 C и относительной влажности 45%. Каким станет давление пара в цилиндре, если объем его изотермически уменьшить в 2,5 раза?

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 53; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!