При решении задач надо иметь в виду, что давление и плотность насыщенного пара не зависят от его объёма, а зависят только от температуры. Уравнение состояния идеального газа приближённо применимо и для описания насыщенного пара. Но при сжатии или нагревании насыщенного пара его масса не остаётся постоянной.
При решении некоторых задач могут понадобиться значения давления насыщенного пара при некоторых температурах. Эти данные нужно брать из таблицы.
Задача 1. Закрытый сосуд объёмом V1 = 0,5 м3 содержит воду массой m = 0,5 кг. Сосуд нагрели до температуры t = 147 °С. На сколько следует изменить объём сосуда, чтобы в нём содержался только насыщенный пар? Давление насыщенного пара рн. п при температуре t = 147 °С равно 4,7 • 105 Па.
Р е ш е н и е. Насыщенный пар при давлении рн. п занимает объём, равный где М = 0,018 кг/моль — молярная масса воды. Объём сосуда V1 > V, а значит, пар не является насыщенным. Для того чтобы пар стал насыщенным, объём сосуда следует уменьшить на
Задача 2. Относительная влажность воздуха в закрытом сосуде при температуре t1 = 5 °С равна φ1 = 84 %, а при температуре t2 = 22 °С равна φ2= 30 %. Во сколько раз давление насыщенного пара воды при температуре t2 больше, чем при температуре t1?
Р е ш е н и е. Давление водяного пара в сосуде при Т1 = 278 К равно где рн. п1 — давление насыщенного пара при температуре Т1. При температуре Т2 = 295 К давление
Так как объём постоянен, то по закону Шарля
Задача 3. В комнате объёмом 40 м3 температура воздуха 20 °С, его относительная влажность φ1 = 20 %. Сколько надо испарить воды, чтобы относительная влажность φ2достигла 50 % ? Известно, что при 20 °С давление насыщающих паров рн п = 2330 Па.
Давление пара при относительной влажности φ1 и φ2
Плотность связана с давлением равенством ρ = Mp/RT, откуда
Для описания этих изменений вводят функцию состояния - внутреннюю энергию U и две функции перехода - теплоту Q и работу A. Математическая формулировка первого закона:
dU = Q - A (дифференциальная форма) (2.1)
U = Q - A (интегральная форма) (2.2)
Буква в уравнении (2.1) отражает тот факт, что Q и A - функции перехода и их бесконечно малое изменение не является полным дифференциалом.
В уравнениях (2.1) и (2.2) знаки теплоты и работы выбраны следующим образом. Теплота считается положительной, если она передается системе. Напротив, работа считается положительной, если она совершается системой над окружающей средой.
Существуют разные виды работы: механическая, электрическая, магнитная, поверхностная и др. Бесконечно малую работу любого вида можно представить как произведение обобщенной силы на приращение обобщенной координаты, например:
Aмех = p. dV; Aэл = . dе; Aпов = . dW (2.3)
( - электрический потенциал, e - заряд, - поверхностное натяжение, W - площадь поверхности). С учетом (2.3), дифференциальное выражение первого закона можно представить в виде:
dU = Q - p. dV Aнемех (2.4)
В дальнейшем изложении немеханическими видами работы мы будем, по умолчанию, пренебрегать.
Механическую работу, производимую при расширении против внешнего давления pex, рассчитывают по формуле:
A = (2.5)
Если процесс расширения обратим, то внешнее давление отличается от давления системы (например, газа) на бесконечно малую величину: pex = pin - dp и в формулу (2.5) можно подставлять давление самой системы, которое определяется по уравнению состояния.
Проще всего рассчитывать работу, совершаемую идеальным газом, для которого известно уравнение состояния p = nRT / V (табл. 1).
При решении некоторых задач могут понадобиться значения давления насыщенного пара при некоторых температурах. Эти данные нужно брать из таблицы.
Задача 1. Закрытый сосуд объёмом V1 = 0,5 м3 содержит воду массой m = 0,5 кг. Сосуд нагрели до температуры t = 147 °С. На сколько следует изменить объём сосуда, чтобы в нём содержался только насыщенный пар? Давление насыщенного пара рн. п при температуре t = 147 °С равно 4,7 • 105 Па.
Р е ш е н и е. Насыщенный пар при давлении рн. п занимает объём, равный где М = 0,018 кг/моль — молярная масса воды. Объём сосуда V1 > V, а значит, пар не является насыщенным. Для того чтобы пар стал насыщенным, объём сосуда следует уменьшить на
Задача 2. Относительная влажность воздуха в закрытом сосуде при температуре t1 = 5 °С равна φ1 = 84 %, а при температуре t2 = 22 °С равна φ2= 30 %. Во сколько раз давление насыщенного пара воды при температуре t2 больше, чем при температуре t1?
Р е ш е н и е. Давление водяного пара в сосуде при Т1 = 278 К равно где рн. п1 — давление насыщенного пара при температуре Т1. При температуре Т2 = 295 К давление
Так как объём постоянен, то по закону Шарля
Задача 3. В комнате объёмом 40 м3 температура воздуха 20 °С, его относительная влажность φ1 = 20 %. Сколько надо испарить воды, чтобы относительная влажность φ2достигла 50 % ? Известно, что при 20 °С давление насыщающих паров рн п = 2330 Па.
Давление пара при относительной влажности φ1 и φ2
Плотность связана с давлением равенством ρ = Mp/RT, откуда
Массы воды в комнате при влажности φ1 и φ2
Масса воды, которую надо испарить:
Для описания этих изменений вводят функцию состояния - внутреннюю энергию U и две функции перехода - теплоту Q и работу A. Математическая формулировка первого закона:
dU = Q - A (дифференциальная форма) (2.1)
U = Q - A (интегральная форма) (2.2)
Буква в уравнении (2.1) отражает тот факт, что Q и A - функции перехода и их бесконечно малое изменение не является полным дифференциалом.
В уравнениях (2.1) и (2.2) знаки теплоты и работы выбраны следующим образом. Теплота считается положительной, если она передается системе. Напротив, работа считается положительной, если она совершается системой над окружающей средой.
Существуют разные виды работы: механическая, электрическая, магнитная, поверхностная и др. Бесконечно малую работу любого вида можно представить как произведение обобщенной силы на приращение обобщенной координаты, например:
Aмех = p. dV; Aэл = . dе; Aпов = . dW (2.3)
( - электрический потенциал, e - заряд, - поверхностное натяжение, W - площадь поверхности). С учетом (2.3), дифференциальное выражение первого закона можно представить в виде:
dU = Q - p. dV Aнемех (2.4)
В дальнейшем изложении немеханическими видами работы мы будем, по умолчанию, пренебрегать.
Механическую работу, производимую при расширении против внешнего давления pex, рассчитывают по формуле:
A = (2.5)
Если процесс расширения обратим, то внешнее давление отличается от давления системы (например, газа) на бесконечно малую величину: pex = pin - dp и в формулу (2.5) можно подставлять давление самой системы, которое определяется по уравнению состояния.
Проще всего рассчитывать работу, совершаемую идеальным газом, для которого известно уравнение состояния p = nRT / V (табл. 1).