Номер 447, 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 447, страница 62.

Условие.

447. [376] На графиках в координатах $p-V$ и $p-T$ изобразите зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры и от объёма при $t = 20 \text{°C}$.

Решение.

График в координатах p–V

Рассмотрим зависимость давления насыщенного водяного пара от объёма при постоянной температуре $t = 20 °C$. Насыщенный пар — это пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью.

Ключевым свойством насыщенного пара является то, что его давление при постоянной температуре не зависит от занимаемого им объёма, пока в системе присутствуют обе фазы (жидкость и пар). Если изменять объём системы (например, сжимая или расширяя пар под поршнем), то будет происходить процесс конденсации или испарения соответственно. Масса пара в сосуде будет меняться, но его концентрация, а следовательно, и давление, будут оставаться постоянными.

Таким образом, процесс изменения объёма насыщенного пара при постоянной температуре является изотермическим и одновременно изобарным. На графике в координатах $p-V$ (давление–объём) эта зависимость будет представлять собой горизонтальную линию, параллельную оси объёма $\text{V}$. Давление на этой линии равно давлению насыщенного пара при $20 °C$, которое составляет $p_{н.п.} \approx 2,33$ кПа.

Этот горизонтальный участок на диаграмме $p-V$ соответствует процессу конденсации (при уменьшении объёма) или испарения (при увеличении объёма). Когда вся жидкость испарится, дальнейшее увеличение объёма приведёт к тому, что пар станет ненасыщенным, и его давление будет уменьшаться в соответствии с законом Бойля–Мариотта ($p \sim 1/V$).

Ответ: График зависимости давления насыщенного водяного пара от объёма при постоянной температуре $t = 20 °C$ в координатах $p-V$ представляет собой отрезок горизонтальной прямой, параллельной оси объёма.

График в координатах p–T

Рассмотрим зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры. В отличие от зависимости от объёма, давление насыщенного пара сильно зависит от температуры. С увеличением температуры растёт средняя кинетическая энергия молекул жидкости, что приводит к более интенсивному испарению. В результате увеличивается плотность (концентрация) молекул пара над поверхностью жидкости, а значит, растёт и его давление.

Эта зависимость является нелинейной и монотонно возрастающей. Давление насыщенного пара растёт с температурой всё быстрее (по закону, близкому к экспоненциальному). Эта зависимость качественно описывается уравнением Клапейрона–Клаузиуса.

На графике в координатах $p-T$ (давление–температура) эта зависимость представляет собой кривую, которая начинается вблизи начала координат и круто возрастает с ростом температуры. Условие $t = 20 °C$ из задачи соответствует одной конкретной точке на этой общей кривой зависимости.

Ответ: График зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры в координатах $p-T$ представляет собой нелинейную, монотонно возрастающую кривую, крутизна которой увеличивается с ростом температуры.