Цилиндр под поршнем заполнен насыщенным водяным паром при температуре 100°С. Начальный объем под поршнем равен 3 л.
А) Чему равно давление пара?
Б) Чему равна масса пара ?
В) Чему будет равно давление пара,если его объем увеличить в 4 раза при той же температуре?
Ответы
А) Давление насыщенного водяного пара при определенной температуре зависит только от температуры. При температуре 100 °C давление насыщенного водяного пара составляет 1 атмосферу (или 101,3 кПа).
Б) Чтобы определить массу пара, необходимо знать его объем и давление. При насыщении пар находится в равновесии с жидкостью, из которой он образовался, и его плотность равна плотности жидкости. При 100 °C плотность насыщенного водяного пара составляет приблизительно 0,597 г/л. Таким образом, масса пара в объеме 3 л равна:
масса = плотность × объем = 0,597 г/л × 3 л = 1,791 г
В) Если объем пара увеличить в 4 раза, то объемный коэффициент сжимаемости пара необходимо умножить на 4. Давление насыщенного пара изменится в соответствии с уравнением Клапейрона:
P1V1 = nRT1, где P1 - начальное давление пара, V1 - начальный объем, T1 - начальная температура, n - количество вещества в молях, R - универсальная газовая постоянная.
При увеличении объема в 4 раза, начальный объем V1 увеличится до 4V1, и давление пара уменьшится в 4 раза:
P2 = P1 × (V1 / 4V1) = P1 / 4
Таким образом, давление насыщенного водяного пара при объеме в 12 л (4 раза больше, чем исходный объем) составляет:
P2 = P1 / 4 = 1 атмосфера / 4 = 0,25 атмосферы (или 25,325 кПа).