Задание №9 — Количество теплоты. Фазовые переходы

#68446Задание №9ФИПИ

Насыщенные и ненасыщенные парыИзменение агрегатных состояний вещества: испарение и…Внутренняя энергия

Стальную кастрюлю, наполовину заполненную водой, поставили на плиту, закрыли лёгкой крышкой и стали нагревать воду до кипения. Атмосферное давление составляет 760 мм рт. ст. Выберите все верные утверждения, описывающие характеристики воды, водяного пара и кастрюли при нагревании и кипении воды.

1) Относительная влажность воздуха под крышкой в процессе нагревания воды уменьшается.
2) Внутренняя энергия водяного пара в кастрюле в процессе нагревания воды увеличивается.
3) При нагревании воды выше 80 ºС, когда схлопываются образующиеся пузырьки, давление водяных паров постепенно уменьшается.
4) Температура дна кастрюли вблизи границы с водой при кипении немного превышает 100 $\circ C .$
5) Плотность насыщенных водяных паров над поверхностью воды в процессе её нагревания до температуры кипения увеличивается.

Правильный ответ

245

Пояснение

Решение:

Вода в закрытой кастрюле интенсивно испаряется, поэтому пространство под крышкой быстро заполняется насыщенным паром. Давление и плотность насыщенного пара — возрастающие функции температуры; кипение при внешнем давлении 760 мм рт. ст. происходит при $100\ ^\circ\text{C}$ , когда давление насыщенного пара сравнивается с атмосферным.

1) При нагревании испарение усиливается, воздух под крышкой становится насыщенным, относительная влажность $\varphi=\dfrac{p}{p_{\text{н}}}\cdot100\,\%$ растёт до 100 % и не уменьшается. Неверно.

2) При нагревании растут и температура пара, и его масса (испарение), поэтому внутренняя энергия пара $U=\dfrac{3}{2}\dfrac{m}{M}RT$ увеличивается. Верно.

3) Давление насыщенного пара растёт вместе с температурой, поэтому при нагревании выше $80\ ^\circ\text{C}$ оно увеличивается, а не уменьшается. Неверно.

4) Теплота идёт от плиты через дно к воде, а тепловой поток возможен только от более нагретого тела к менее нагретому. Значит, температура дна у границы с кипящей водой чуть выше $100\ ^\circ\text{C}$ . Верно.

5) Плотность насыщенного пара растёт с температурой, поэтому при нагревании воды до кипения она увеличивается. Верно.

Ответ: 245