Через змеевик нагревателя содержащего 12 л воды при температуре 12

Учебник для углубленного изучения физики


404 чел.

помогло.

страницы: 1   .   34   35   36   37   38   39   40   41   .   54

вернуться в начало
скачать
^

При решении задач по этой теме надо иметь в виду, что давление и плотность насыщенного пара не зависят от объема, а зависят только от температуры.

Давление насыщенного пара считается известной величиной (сообщается в условии задачи или находится в соответствующих таблицах).

Уравнение состояния идеального газа вдали от критической температуры приближенно применимо для описания насыщенного пара.

Но при сжатии или нагревании насыщенного пара его масса изменяется.


Задача 1


В замкнутом сосуде объемом V= 1 м3 находится вода массой т = 12 г и насыщенный пар; плотность и давление пара при данной температуре равны соответственно ρ = 8 · 10-3 кг/м и р = 1,1 кПа. Какое давление установится при увеличении объема в k = 5 раз? Считать, что температура при увеличении объема не изменяется.


Решение.

В сосуде первоначально содержался насыщенный пар массой т1 = ρV= 8 · 10-3 кг (объемом, занимаемым водой, можно пренебречь).

Масса воды и пара была равна т + т1 = 2·10-2 кг. Для насыщения объема, равного W, необходим пар массой т2 = ρkV = 4 · 10-2 кг.

Так как т + т1 < т2, то после увеличения объемапар станет ненасыщенным. Его плотность .

Давление пара при данной температуре прямо пропорционально плотности. Поэтому




Задача 2


В закрытом сосуде объемом V1 = 0,5 м3 находится вода массой m= 0,5 кг.

Сосуд нагрели до температуры t= 147 °С. На какую величину ΔVследует изменить объем сосуда, чтобы в нем содержался только насыщенный пар? Давление насыщенного пара при температуре t= 147 °С через змеевик нагревателя содержащего 12 л воды при температуре 12 = 4,7 · 105 Па.

Решение. Насыщенный пар при давлении р0занимает объем



где М = 0,018 кг/моль — молярная масса воды.

Объем сосуда V1 > Vи пар не является насыщенным. Чтобы пар стал насыщенным, объем сосуда следует изменить на



Объем сосуда должен быть уменьшен на 0,3 м3.


Задача 3


Кусок алюминия массой т1 = 537 г, нагретый до температуры t1= 200 °С, опустили в воду массой т2 = 400 г при температуре t2 = 16 °С.

Вода нагрелась до температуры t= 50 °С и частично испарилась. Определите массу испарившейся воды. Удельная теплоемкость алюминия с1= 920 Дж/(кг·К). Удельная теплоемкость воды с2 через змеевик нагревателя содержащего 12 л воды при температуре 12 4200 Дж/(кг·К), а удельная теплота парообразования воды при температуре кипения (tk = 100 °С) равна г = 2,26 МДж/кг.

Тепловыми потерями пренебречь.


Решение. Количество теплоты, отданное куском алюминия:



Количество теплоты, полученное водой, складывается из количества теплоты, полученного всей водой при нагревании от t2до через змеевик нагревателя содержащего 12 л воды при температуре 12 src="http://rudocs.exdat.com/docs/357516_html_m6a1b04ff.png">

и количества теплоты, израсходованного для нагревания части воды массой пг3 от tдо tKи ее испарения при этой температуре:




Пренебрегая тепловыми потерями, запишем уравнение теплового баланса:



или



Откуда




Задача 4


Пористое тело было помещено для просушки под колокол вакуумного насоса.

Давление под колоколом держалось на уровне 6,5 мм рт. ст. в течение 1 ч, после чего резко упало. Подача насоса 60 л/мин. Установившаяся под колоколом насоса температура t= 5 °С.

через змеевик нагревателя содержащего 12 л воды при температуре 12

Сколько воды содержало тело?


Решение. Давление р = 6,5 мм рт. ст. — это давление насыщенных водяных паров при t= 5 °С. Резкое падение давления свидетельствует о том, что вся вода превратилась в пар. Объем пара, откачанного насосом до полного испарения воды, V = 3600 л. Пользуясь уравнением состояния Менделеева— Клапейрона, находим искомую массу воды




Задача 5


В сосуде находится воздух, относительная влажность через змеевик нагревателя содержащего 12 л воды при температуре 12 при температуре t1 = 10 °С равна φ1 = 60%.

Какой будет относительная влажность φ2 после уменьшения объема сосуда в п раз (n = 3) и нагревания газа до температуры t2 = 100 °С? Плотность насыщенных водяных паров при температуре t1равна ρ = 9,4 · 10-3 кг/м3.


Решение.

При температуре t1абсолютная влажность (до сжатия) равна ρ1 = φ1ρ. После сжатия масса влаги, приходящаяся на единицу объема сосуда (не только в виде паров, но и в виде сконденсировавшейся жидкости, если возникли условия для конденсации), будет равна ρ2 = 1ρ = 1,69 · 10-2кг/м3.

При температуре t2= 100 °С давление насыщенных водяных паров равно нормальному атмосферному давлению р0 = = 105 Па, их плотность



где ^0,018 кг/моль.

Так как ρ3 > ρ2, то в сосуде будет ненасыщенный пар с относительной влажностью



Упражнение 5



1.

Почему капельки воды на разогретой сковородке «крутятся» на ней более минуты, прежде чем исчезнуть?

2. В колбе кипятят воду. Затем колбу снимают с огня и закупоривают резиновой пробкой.

Если теперь охладить колбу, облив ее холодной водой, то вода в колбе закипает. Почему?

3. Два полых, герметически запаянных шара, в одном из которых вода, соединены трубкой (рис. 6.20). Воздух из шаров откачан. Если пустой шар поместить в сосуд с жидким воздухом, то вода в другом шаре быстро замерзнет. Объясните явление.





Рис.

6.20


4. На улице целый день моросит холодный осенний дождь. В комнате развешено выстиранное белье. Высохнет ли белье быстрее, если открыть через змеевик нагревателя содержащего 12 л воды при температуре 12

5. На рисунке 6.21 изображен прибор, называемый кипятильником Франклина. Этот прибор состоит из двух полых стеклянных шаров, соединенных трубкой. В прибор налито некоторое количество спирта и откачан воздух.

Если прибор слегка наклонить, то спирт соберется в одном (левом) шаре (см. рисунок). Обхватив этот шар ладонью, мы увидим, что спирт быстро перейдет в другой (правый) шар, хотя он расположен немного выше, и будет в нем бурлить, подобно кипящей воде. Объясните явление.





Рис. 6.21


6. Можно ли газ, имеющий температуру ниже критической, перевести непрерывным путем (минуя состояние равновесия между жидкостью и газом) в жидкость той же температуры?

7.

Два сосуда, соединенных трубками с кранами, наполнены водой до разных уровней (рис. 6.22). Воздух из сосудов откачан. Что произойдет, если соединить сосуды, открыв кран: 1) в нижней трубке; 2) в верхней трубке?





Рис. 6.22


8.Опишите, что будет происходить с веществом, если его нагревать при постоянных объемах сосудов V0, Vки V1(рис.

6.23).





Рис. 6.23


9.

через змеевик нагревателя содержащего 12 л воды при температуре 12

Сравните качественно температуру кипения и удельную теплоту парообразования воды в глубокой шахте и на поверхности Земли.

10. Почему в момент выключения газовой горелки из кипящего чайника сразу же вырывается струя пара, хотя до этого пара не было видно?

11.

В котел объемом ^ = 5м3 накачали воду массой т1= 20 кг и нагрели содержимое котла до температуры t = 180 °С. Найдите массу т2и давление p пара в котле.

Плотность насыщенного водяного пара при температуре Т = 453 К равна p = 5,05 кг/м3. Молярная масса воды М = 0,018 кг/моль.

12.

В цилиндре под поршнем в объеме V1= 1 м3 при температуре t = 30 °С находится смесь азота и насыщенного через змеевик нагревателя содержащего 12 л воды при температуре 12 воды. Масса смеси m0 = 286 г. Какая масса пара сконденсируется, если объем уменьшить в п раз (n = 3) при постоянной температуре? Какое давление р было у смеси до сжатия?

Давление насыщенного водяного пара при температуре 30 °С равно р1 = 4,2 кПа. Молярные массы воды и азота равны соответственно М1= 0,018 кг/моль и М2= = 0,028 кг/моль.

13. До какой температуры нагреется вода объемом 0,8 через змеевик нагревателя содержащего 12 л воды при температуре 12, находящаяся в медном калориметре массой 0,7 кг имеющая температуру 285 К, если ввести в калориметр пар массой 0,05 кг при температуре 373 К?

Удельная теплоемкость воды 4,2 кДж/(кг·К); удельная теплоемкость меди 0,38 кДж/(кг·К); удельная теплота парообразования воды 2,26 МДж/кг.

14. Через змеевик нагревателя, содержащего 12 л воды при температуре 12 °С, пропускают стоградусный водяной пар.

Вытекающая из змеевика вода (конденсат) через змеевик нагревателя содержащего 12 л воды при температуре 12 температуру 60 °С. Какое количество пара нужно пропустить через змеевик, чтобы температура воды в нагревателе повысилась до 50 °С?

15.

Определите абсолютную влажность воздуха, если парциальное давление пара в нем р = 14 кПа, а температура t = 60°C.

16. В комнате, объем которой V= 100 м3, температура воздуха понизилась от t1= 25 °С до t2= 15 °С.

Сколько водяных паров при этом сконденсировалось из воздуха, первоначально находившегося в комнате, если плотность насыщенного водяного пара при 25 °С равна ρ1 = 23 г/м3, а при 15 °С — ρ2 = 12,8 г/м3?

Относительная влажность воздуха вначале была равна φ = 90% .

17. В здание необходимо подать 100 000 м3 воздуха при температуре 20 °С и относительной влажности 70%. Воздух забирают с улицы, где он имеет температуру -5 °С и относительную влажность 90%.

Давление насыщенных водяных паров при -5 °С равно 400 Па, а при 20 °С — 2,33 кПа. Сколько воды надо дополнительно испарить в подаваемый воздух?

18. После понижения температуры от 27 до 10 °С оказалось, что из каждого кубического метра воздуха выделилось 8 г воды. Какова была относительная влажность воздуха при 27 °С?

Давление насыщенного водяного пара при 27 °С равно 3,56 кПа, а при 10 °С — 1,23 кПа.



Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   .   34   35   36   37   38   39   40   41   .

  54

Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:

наверх

Источник: http://rudocs.exdat.com/docs/index-357516.html?page=38