Тема «Насыщенные пары. Влажность» для школьников достаточно сложна. На уроках ей уделяется мало внимания, а рассматриваемые явления межфазного взаимодействия жидкость-пар необычны.
Основой решения приводимой задач является представление о том, что жидкость и ее насыщенный пар находятся в состоянии динамического равновесия, когда скорости процессов испарения и конденсации одинаковы. Давление и концентрация молекул насыщенного пара зависит только от его температуры. Также для расчета характеристик насыщенного пара можно использовать уравнение Менделеева-Клайперона.
Обычно в ЕГЭ такие задачи встречаются редко. Однако, задачи очень интересные и позволяят почувствовать различия между поведением идеальных газов и насыщенных паров. По нашему мнению, разобравшись в их решении, вы не будете больше испытывать никаких трудностей в понимании этой темы.
Задача №1. Давление, число молекул насыщенного пара в закрытом сосуде (часть А, базовый уровень)
Решение:
Типичная ситуация: в закрытом объеме в равновесии находится пар и жидкость. Даже без прямого указания в тексте задачи, ясно, что пар – насыщенный. Температура не меняется, значит, концентрация молекул пара постоянна, число и масса молекул пропорциональны объему. При уменьшении объема в 3 раза, число молекул также уменьшится в 3 раза.
Типичная ситуация: в закрытом объеме в равновесии находится пар и жидкость. Даже без прямого указания в тексте задачи, ясно, что пар – насыщенный. Температура не меняется, значит, концентрация молекул пара постоянна, число и масса молекул пропорциональны объему. При уменьшении объема в 3 раза, число молекул также уменьшится в 3 раза.
Ответ №4.
Задача №2. Давление, масса, концентрация молекул насыщенного пара в закрытом сосуде (часть А, базовый уровень)
Задача №2. Давление, масса, концентрация молекул насыщенного пара в закрытом сосуде (часть А, базовый уровень)
-фактически та же задача в другой формулировке.
Задача №3. Показания психрометра (часть А, базовый уровень)
Задача фактически представляет собой лабораторную работу по измерению влажности с помощью психрометра, только нужно предсказать показания влажного термометра.
Для решения считываем показания термометров: сухой – 23, влажный -16 градусов Цельсия. По таблице определяем, что это соответствует 48% влажности. Если влажность увеличится на 7% (до 55%), то (находим в той же строке таблицы, левее) разность показаний термометров станет 6 градусов. Следовательно, влажный покажет 23-6=17 градусов. Ответ №3.
Задача №4. Давление насыщенного пара в закрытом сосуде (часть А, повышенный уровень)
Решение:
В закрытом объеме в равновесии находится пар и жидкость, следовательно, пар – насыщенный. При увеличении объема вода будет испаряться, и пар будет оставаться насыщенным, пока это возможно. Очевидно, что вся вода испарится и пар останется насыщенным до увеличения объема в 2 раза (так как масса жидкости первоначально равна массе пара). При этом давление не изменяется.
При дальнейшем увеличении объема пар перестанет быть насыщенным, его параметры могут быть описаны в рамках изотермического процесса. Увеличение объема еще в 2 раза приведет к двукратному уменьшению давления.
Итого, при увеличении объема в 4 раза в этой системе, давление уменьшится в 2 раза.
Ответ №2.
В варианте №2 пробного тестирования была обратная задача, но решить ее можно было лишь зная, что при 100 градусах Цельсия, давление насыщенных паров равно 100 кПа (1 Атм), что и используется при решении задачи №6. Это значение давления легко запомнить, зная что кипение жидкости начинается при такой температуре, при которой давление ее насыщенных паров становится равным внешнему давлению.
Задача №5. Зависимость давления от объема для насыщенных и ненасыщенных паров (часть С, повышенный уровень)
Задача №6. Уровень воды в запаянной трубке с учетом насыщенных паров (часть С, повышенный уровень)
Широкую стеклянную трубку длиной около полуметра, запаянную с одного конца, целиком заполняют водой и устанавливают вертикально открытым концом вниз, погрузив низ трубки на несколько сантиметров в тазик с водой. При комнатной температуре трубка остается целиком заполненной водой. Воду в тазике медленно нагревают. Где установится уровень воды в трубке, когда вода в тазике начнет закипать? Ответ поясните, используя физические закономерности.
Решение.
При комнатной температуре вода занимает весь объем трубки и не выливается из нее, потому что давление насыщенного водяного пара при комнатной температуре очень мало и над водой возникнет «торричеллиева пустота», заполненная насыщенным водяным паром, только если высота водяного столба будет примерно 10 метров.
С ростом температуры воды давление ее насыщенного пара растет, пока при температуре кипения не сравняется с внешним атмосферным давлением.
Когда температура приблизится к температуре кипения, над водой появится область, заполненная насыщенным водяным паром. При дальнейшем повышении температуры, уровень воды в трубке будет понижаться. При температуре кипения достигается равенство давления насыщенного водяного пара в трубке и атмосферного давления, поэтому уровень воды в трубке и в тазике будет одинаков.
Решение:
Задача легко решается при использовании уравнения Менделеева-Клайперона, учитывая, что давление насыщенных паров при данной температуре равно атмосферному
Достаточно много примеров расчета массы, плотности и концентрации молекул насыщенных водяных паров можно найти здесь однако, для их решения нужна таблица давления насыщенных паров и такие задачи в ЕГЭ не используются.
Комментариев нет:
Отправить комментарий