Расчётная задача по молекулярной физике или электродинамике · 56 заданий
- Задание №23№23
По двум горизонтальным параллельным проводящим рельсам с пренебрежимо малым сопротивлением, замкнутым на последовательно соединённые резистор с сопрот…
Закон Ома для участка цепи
- Задание №23№23
В стакан калориметра, содержащий 250 г воды, опустили кусок льда массой 140 г, имевшего температуру 0°С. После того как наступило тепловое равновеси…
Уравнение теплового баланса
- Задание №23№23
На металл падает поток фотонов с длиной волны в 3 раза меньше «красной границы» фотоэффекта. Во сколько раз уменьшится максимальная кинетическая энерг…
Расчётная задача: МКТ/электродинамика
- Задание №23№23
Кусок льда опустили в термос, содержащий воду при температуре 50°С. Начальная температура льда 0°С. При переходе к тепловому равновесию часть льда мас…
Уравнение теплового баланса
- Задание №23№23
Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от друга. Напряжение на пластинах конденсато…
Потенциальность электростатического поля
- Задание №23№23
В тонкой рассеивающей линзе получено уменьшенное в 4 раза изображение предмета. Определите модуль фокусного расстояния линзы, если изображение предмет…
Формула тонкой линзы
- Задание №23№23
В калориметре находятся в тепловом равновесии 50 г воды и 5 г льда. Какой должна быть минимальная удельная теплоёмкость материала болта, имеющего масс…
Изменение агрегатных состояний вещества: плавление и…
- Задание №23№23
На дифракционную решётку, имеющую 500 штрихов на 1 мм, перпендикулярно её поверхности падает узкий луч монохроматического света частотой 5 · 10¹⁴ Гц.…
Дифракция света
- Задание №23№23
На дифракционную решётку, имеющую 300 штрихов на 1 мм, перпендикулярно её поверхности падает узкий луч монохроматического света частотой 5,6 · 10¹⁴ Гц…
Дифракция света
- Задание №23№23
На металл падает поток фотонов с частотой в 3,5 раза больше «красной границы» фотоэффекта. Во сколько раз увеличится максимальная кинетическая энергия…
Расчётная задача: МКТ/электродинамика
- Задание №23№23
В калориметре находятся в тепловом равновесии 50 г воды и 5 г льда. Какой должна быть минимальная масса болта, имеющего температуру 339 К, чтобы после…
Уравнение теплового баланса
- Задание №23№23
Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от друга. Напряжение на пластинах конденсато…
Потенциальность электростатического поля
В сосуде под поршнем при температуре 100 °С находится 2 г водяного пара и такое же количество воды. Не изменяя температуры, объём сосуда увеличили в 3 раза. Определите массу пара в сосуде после изменения объёма. Ответ выразите в г.
Решение
Решение:
Обозначения. T=373 К (100 °С) — температура в сосуде, она не меняется; mп=2 г — начальная масса пара; mж=2 г — начальная масса воды; V1 — начальный объём, занятый паром; V2=3V1 — объём после расширения; ρн — плотность насыщенного пара при температуре T; m′ — искомая масса пара после увеличения объёма; M — молярная масса воды, R — универсальная газовая постоянная.
Законы и модель. Пока в сосуде одновременно есть жидкость и её пар, пар насыщенный. Давление насыщенного пара pн зависит только от температуры и не зависит от объёма. Считая пар идеальным газом, по уравнению Менделеева — Клапейрона pV=MmRT получаем плотность насыщенного пара ρн=RTpнM, которая при постоянной температуре тоже постоянна. Значит, пока есть жидкость, масса насыщенного пара прямо пропорциональна занимаемому им объёму. Объёмом жидкости по сравнению с объёмом пара пренебрегаем, поэтому объём пара равен объёму сосуда.
Проверка предположения «жидкость осталась». Если бы после увеличения объёма в 3 раза в сосуде ещё оставалась вода, пар был бы по-прежнему насыщенным, и его масса была бы m′=ρнV2=ρн⋅3V1=3mп=3⋅2=6 г. Но всего воды (в обеих фазах) в сосуде mп+mж=2+2=4 г, и 6 г пара получить неоткуда. Предположение неверно.
Вывод. Следовательно, при расширении испарилась вся жидкость, и весь пар — это вся вода, находившаяся в сосуде: m′=mп+mж=2+2=4 г. Результат непротиворечив: 4 г<6 г, то есть пара меньше, чем требуется для насыщения объёма 3V1, поэтому пар стал ненасыщенным и жидкости действительно не осталось.
Ответ: m′=4 г.