Номер 446, страница 62, часть 1 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Парфентьева

Часть 1. 10 класс. Молекулярная физика. Тепловые явления. Взаимные превращения жидкостей и газов. Влажность - номер 446, страница 62.

Условие.

446. [375] Можно ли увеличить концентрацию и давление насыщенного пара, если медленно поднимать поршень? Поршень находится над поверхностью жидкости в сосуде. Над жидкостью находится только пар. Температура не изменяется.

Решение.

Нет, увеличить концентрацию и давление насыщенного пара, медленно поднимая поршень, невозможно, если температура не изменяется.

Решение:

Насыщенный пар — это пар, который находится в динамическом равновесии со своей жидкостью. Это означает, что число молекул, покидающих жидкость (испарение), в единицу времени равно числу молекул, возвращающихся из пара в жидкость (конденсация).

Ключевым свойством насыщенного пара является то, что его давление и концентрация при постоянной температуре являются постоянными величинами и не зависят от занимаемого им объема (до тех пор, пока в сосуде есть жидкая фаза). Давление газа связано с концентрацией его молекул $\text{n}$ и абсолютной температурой $\text{T}$ уравнением $p = nkT$, где $\text{k}$ — постоянная Больцмана. Поскольку по условию температура $\text{T}$ постоянна ($T = const$), то давление $\text{p}$ прямо пропорционально концентрации $\text{n}$.

Когда поршень медленно поднимают, объем пространства над жидкостью увеличивается. Это приводит к тому, что пар на мгновение становится ненасыщенным, так как его концентрация уменьшается. Равновесие между испарением и конденсацией нарушается: скорость испарения (зависящая от температуры) остается прежней, а скорость конденсации (зависящая от концентрации пара) уменьшается. В результате испарение начинает преобладать над конденсацией, и дополнительное количество жидкости переходит в пар. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока концентрация и давление пара не восстановятся до своих первоначальных значений, соответствующих насыщенному состоянию при данной температуре.

Таким образом, при медленном поднятии поршня (увеличении объема) масса пара будет увеличиваться за счет испарения жидкости, но его концентрация и давление останутся неизменными, пока вся жидкость не испарится. Увеличить их таким способом невозможно.

Ответ: Нет, увеличить концентрацию и давление насыщенного пара при медленном поднятии поршня нельзя, так как при постоянной температуре эти величины для насыщенного пара остаются постоянными, пока в сосуде присутствует жидкая фаза.