Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 4852
2017-11-06 
В вертикальном цилиндрическом сосуде находится вода массы $m = 1 г$. К поверхности воды прилегает поршень $S = 100 см^{2}$. Воду в цилиндре стали нагревать. В некоторый момент времени, ее температура достигла $t_{0} = 100^{ \circ} С$, вода закипела и стала медленно испаряться. Начиная с этого момента времени система поддерживалась при температуре $t_{0}$.
а) Какое количество теплоты нужно подвести к воде, чтобы она полностью испарилась?
б) На какую высоту поднимется поршень?
Если теперь на поршень, находящийся на высоте $H$ от дна, положить небольшой груз массы 1 г, то
в) на какое расстояние $\Delta H$ сместится поршень?
г) Какая работа над газом в сосуде будет совершена при этом?
Удельная теплота парообразования воды $\lambda = 2,3 \cdot 10^{6} Дж/кг$. Трением между стенками цилиндра и поршнем пренебречь.
Решение:
Заметим, что давление пара в сосуде, создаваемое весом поршня и внешним атмосферным давлением, равно нормальному, т.е. $10^{5}$ Па.
а) Обратите внимание на то, что работа газа против сил внешнего давления входит в $\lambda$! Следовательно, $Q = m \lambda = 2,3 \cdot 10^{3} Дж$.
б) Поршень остановится после того, как вся вода выкипит, ибо в дальнейшем по условию температура в сосуде поддерживается постоянной и равной $T_{0}$. $pV = \frac{m}{ \mu} RT$, где $V = HS$, следовательно $H = \frac{mRT}{ \mu SP} \approx 17,2 см$.
в) При изотермическом процессе даже незначительное увеличение давления (в нашем случае это 0,001%) приведёт к конденсации всего пара. Следовательно $\Delta H = H = 17,2 см$.
г) Давление водяного пара при $t_{0} = 100^{ \circ} С$ равно нормальному атмосферному, поэтому
$A = p_{атм} SH \approx 10^{5} Па \cdot (100 \cdot 17,2) \cdot 10^{-6} м^{3} \approx 170 Дж$.
В вертикальном цилиндрическом сосуде находится вода массы $m = 1 г$. К поверхности воды прилегает поршень $S = 100 см^{2}$. Воду в цилиндре стали нагревать. В некоторый момент времени, ее температура достигла $t_{0} = 100^{ \circ} С$, вода закипела и стала медленно испаряться. Начиная с этого момента времени система поддерживалась при температуре $t_{0}$.
а) Какое количество теплоты нужно подвести к воде, чтобы она полностью испарилась?
б) На какую высоту поднимется поршень?
Если теперь на поршень, находящийся на высоте $H$ от дна, положить небольшой груз массы 1 г, то
в) на какое расстояние $\Delta H$ сместится поршень?
г) Какая работа над газом в сосуде будет совершена при этом?
Удельная теплота парообразования воды $\lambda = 2,3 \cdot 10^{6} Дж/кг$. Трением между стенками цилиндра и поршнем пренебречь.
Решение:
Заметим, что давление пара в сосуде, создаваемое весом поршня и внешним атмосферным давлением, равно нормальному, т.е. $10^{5}$ Па.
а) Обратите внимание на то, что работа газа против сил внешнего давления входит в $\lambda$! Следовательно, $Q = m \lambda = 2,3 \cdot 10^{3} Дж$.
б) Поршень остановится после того, как вся вода выкипит, ибо в дальнейшем по условию температура в сосуде поддерживается постоянной и равной $T_{0}$. $pV = \frac{m}{ \mu} RT$, где $V = HS$, следовательно $H = \frac{mRT}{ \mu SP} \approx 17,2 см$.
в) При изотермическом процессе даже незначительное увеличение давления (в нашем случае это 0,001%) приведёт к конденсации всего пара. Следовательно $\Delta H = H = 17,2 см$.
г) Давление водяного пара при $t_{0} = 100^{ \circ} С$ равно нормальному атмосферному, поэтому
$A = p_{атм} SH \approx 10^{5} Па \cdot (100 \cdot 17,2) \cdot 10^{-6} м^{3} \approx 170 Дж$.
