Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 11083
2019-10-29 
Кусок льда при температуре $0^{ \circ} С$ и стакан с водой при той же температуре $0^{ \circ} С$ расположены рядом под небольшим колоколом, из которого полностью откачивают воздух.
а) Опишите конечное состояние системы под колоколом, если температура льда, воды и колокола поддерживается отдельными термостатами строго равной $0^{ \circ} С$. Обоснуйте свой ответ. (Тройной точке воды соответствуют температура $0,0098^{ \circ} С$ и давление 4,579 мм рт. ст., а критической точке - температура $374^{ \circ} С$ и давление 218 атм.)
б) К какому конечному состоянию придет система, если убрать термостаты, а саму систему теплоизолировать?
Решение:
Воспользуемся правилом фаз Гиббса
$F = c - p + 2$,
где $F$ - число термодинамических степеней свободы, $c$ - число компонент системы и $p$ - число фаз.
а) В условии задачи сказано, что температура системы поддерживается постоянной и равной $0^{ \circ} С$. Следовательно, одна степень свободы исчезает. Так как $c = 1$ и $p = 2$, а температура постоянна, мы имеем $F = 1 - 1 = 0$. Это говорит о том, что на диаграмме $P - T$ равновесному состоянию отвечает лишь одна точка. Ее положение зависит только от давления, и число фаз системы в этом состоянии не может быть больше двух. Начальное давление паров под колоколом равно нулю. Из диаграммы $P - T$ мы видим, что вода и лед должны испаряться. Давление паров растет до тех пор, пока не достигнет значения, соответствующего точке А. В конечном состоянии вся вода исчезнет: часть ее превратится в пар, а остальное - в лед. Именно этому конечному состоянию системы соответствует точка А на диаграмме $P - T$.
б) Если система теплоизолирована, то, согласно правилу фаз Гиббса, должны сосуществовать одновременно три фазы: при $c = 1$ и $F = 0$ имеем $p = 3$. Конечное состояние системы соответствует тройной точке.
Кусок льда при температуре $0^{ \circ} С$ и стакан с водой при той же температуре $0^{ \circ} С$ расположены рядом под небольшим колоколом, из которого полностью откачивают воздух.
а) Опишите конечное состояние системы под колоколом, если температура льда, воды и колокола поддерживается отдельными термостатами строго равной $0^{ \circ} С$. Обоснуйте свой ответ. (Тройной точке воды соответствуют температура $0,0098^{ \circ} С$ и давление 4,579 мм рт. ст., а критической точке - температура $374^{ \circ} С$ и давление 218 атм.)
б) К какому конечному состоянию придет система, если убрать термостаты, а саму систему теплоизолировать?
Решение:
Воспользуемся правилом фаз Гиббса
$F = c - p + 2$,
где $F$ - число термодинамических степеней свободы, $c$ - число компонент системы и $p$ - число фаз.
а) В условии задачи сказано, что температура системы поддерживается постоянной и равной $0^{ \circ} С$. Следовательно, одна степень свободы исчезает. Так как $c = 1$ и $p = 2$, а температура постоянна, мы имеем $F = 1 - 1 = 0$. Это говорит о том, что на диаграмме $P - T$ равновесному состоянию отвечает лишь одна точка. Ее положение зависит только от давления, и число фаз системы в этом состоянии не может быть больше двух. Начальное давление паров под колоколом равно нулю. Из диаграммы $P - T$ мы видим, что вода и лед должны испаряться. Давление паров растет до тех пор, пока не достигнет значения, соответствующего точке А. В конечном состоянии вся вода исчезнет: часть ее превратится в пар, а остальное - в лед. Именно этому конечному состоянию системы соответствует точка А на диаграмме $P - T$.
б) Если система теплоизолирована, то, согласно правилу фаз Гиббса, должны сосуществовать одновременно три фазы: при $c = 1$ и $F = 0$ имеем $p = 3$. Конечное состояние системы соответствует тройной точке.
