Нагреем сосуд с водой

Содержание

§ 6.9. Примеры решения задач

7.1. Вставьте в текст пропущенные слова.
Внутренняя энергия тела может измениться путем совершения работы и путем теплопередачи. При теплопередаче переход энергии от одних тел к другим осуществляется тремя способами: излучением, конвекцией и теплопроводностью. Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче, называется теплотой. Количество теплоты обозначается буквой Q. Единицей измерения количества теплоты в Международной системе единиц (СИ) является Джоуль (Дж).

7.2. Запишите значение энергии в указанных кратных и дольных единицах.

7.3. Из приведенного ниже ряда характеристик физического тела отметьте галочкой только те, которые определяют количество теплоты Q, необходимое для нагревания тела до заданной температуры.

7.4. Сравните количество теплоты Q1 и Q2, переданное окружающей среде остывающими телами 1 и 2, изготовленными из одного и того же материала.

7.5. В эксперименте нагревали воду и с течением времени измеряли ее температуру. Результаты измерений были записаны в таблицу. Погрешность измерения температуры составила 1° С, погрешность измерения времени – 10 с. Представьте полученную информацию в виде графика, самостоятельно выбрав масштабные единицы на координатных осях.

7.6. На плитке нагревают два одинаковых сосуда А и В с разной массой воды. Каждый сосуд получает от плитки одинаковое количество теплоты за каждую минуту. На рисунке представлен график зависимости изменения температуры воды в каждом сосуде от времени.
а) Заполните таблицу.

б) Сопоставляя данные графиков и таблицы, определите, в каком сосуде было налито больше воды. Ответ обоснуйте.
Больше воды находится в сосуде В, потому что количество сообщенной теплоты равны, род – вода в обоих сосудах. Следовательно, чем меньше масса, тем на большую температуру будет нагреваться вода.

Источник

7.2. Запишите значение энергии в указанных кратных и дольных единицах.

Источник

§ 6.9. Примеры решения задач

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.

В замкнутом сосуде объемом V = 1 м 3 находится вода массой m = 12 г и насыщенный пар; плотность и давление пара при данной температуре равны соответственно р = 8 • 10 -3 кг/м 3 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 m₁ = ρV = 8 • 10 -3 кг (объемом, занимаемым водой, можно пренебречь).

Масса воды и пара была равна m + m₁ = 2 • 10 -2 кг. Для насыщения объема, равного kV, необходим пар массой m₂ = ρkV = 4 • 10 -2 кг. Так как m + m₁

В закрытом сосуде объемом V₁ = 0,5 м 3 находится вода массой m = 0,5 кг. Сосуд нагрели до температуры t = 147 °С. На какую величину AV следует изменить объем сосуда, чтобы в нем содержался только насыщенный пар? Давление насыщенного пара при температуре t = 147 °С равно р₀ = 4,7 • 10 5 Па.

Решение. Насыщенный пар при давлении р₀ занимает объем

где М = 0,018 кг/моль — молярная масса воды. Объем сосуда V₁ > V и пар не является насыщенным. Чтобы пар стал насыщенным, объем сосуда следует изменить на

Объем сосуда должен быть уменьшен на 0,3 м 3 .

Кусок алюминия массой m₁ = 537 г, нагретый до температуры t₁ = 200 °С, опустили в воду массой m₂ = 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 с₁ = 4200 Дж/(кг • К), а удельная теплота парообразования воды при температуре кипения (t_K = 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 t₂ до t:

и количества теплоты, израсходованного для нагревания части воды массой m₃ от t до t_K и ее испарения при этой температуре:

Пренебрегая тепловыми потерями, запишем уравнение теплового баланса:

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. Сколько воды содержало тело?

Читайте также: Левитан пейзажи с водой

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

В сосуде находится воздух, относительная влажность которого при температуре t₁ = 10 °С равна (φ₁ = 60%. Какой будет относительная влажность φ₂ после уменьшения объема сосуда в n раз (n = 3) и нагревания газа до температуры t₂ = 100 °С? Плотность насыщенных водяных паров при температуре t₁ равна ρ = 9,4 • 10 -3 кг/м 3 .

Решение. При температуре t₁ абсолютная 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 = nφ₁ρ = 1,69 • 10 -2 кг/м 3 .

При температуре t₂ = 100 °С давление насыщенных водяных паров равно нормальному атмосферному давлению р₀ = 10 5 Па, и их плотность

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

Упражнение 5

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

На улице целый день моросит холодный осенний дождь. В комнате развешено выстиранное белье. Высохнет ли белье быстрее, если открыть форточку?

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

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

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
Опишите, что будет происходить с веществом, если его нагревать при постоянных объемах сосудов VQ, VK и V1 (рис. 6.23).

Рис. 6.23

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

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

В котел объемом V = 5 м 3 накачали воду массой m₁ = 20 кг и нагрели содержимое котла до температуры t = 180 °С. Найдите массу m₂ и давление р пара в котле. Плотность насыщенного водяного пара при температуре Т = 453 К равна р = 5,05 кг/м 3 . Молярная масса воды М = 0,018 кг/моль.

В цилиндре под поршнем в объеме V₁ = 1 м 3 при температуре t = 30 °С находится смесь азота и насыщенного пара воды. Масса смеси m₀ = 286 г. Какая масса пара сконденсируется, если объем уменьшить в n 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.

До какой температуры нагреется вода объемом 0,8 л, находящаяся в медном калориметре массой 0,7 кг и 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. 1

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

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

В комнате, объем которой V = 100 м 3 , 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 р₁ = 23 г/м 3 , а при 15 °С — р₂ = 12,8 г/м 3 ? Относительная влажность воздуха вначале была равна φ = 90%.

В здание необходимо подать 100 000 м 3 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?

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.

Источник