Естественные науки

Дамы и господа теплотехники! Предлагаю задачу о влажном воздухе.

В цилиндре под поршнем находится воздух при температуре t = 100oC и относительной влажностью f (в долях единицы) при давлении p0 = 1 атм. Объем воздуха изотермически уменьшили настолько, что k-я часть (в долях единицы) водяных паров сконденсировалась. Найти установившееся давление P. Водяной пар считать идеальным газом.
Валерий 88
Валерий 88
55 626
Эх... теплотехники, теплотехники... Вспоминаем о парциальном давлении (это, оказывается, закон Дальтона... кто бы мог подумать) и говорим, что в начальных условиях давление пара было fp0. Давление насыщенного пара при 100 С все знают - само p0. Дабы пар хотя бы начал конденсироваться, сначала его давление нужно довести до p0. Сиречь новый объём станет в (1/f) раз меньше первоначального. Давление воздуха было (1-f)p0, стало p0/f-p0, если кому интересно. Суммарное стало p0/f, как и должно быть, но это не интересно.

При дальнейшем сжатии водяной пар нельзя считать идеальным газом, ибо идеальный газ не конденсируется... Собственно, вот тут текст приходит в противоречие сам с собой, т. к. сказано, что водяной пар сконденсировался, но надо считать его идеальным газом, который не конденсируется, сколько его не сжимай... Так что автору задачи наше глубокое недоумение. Но, увы, задача настолько примитивна, что понятно, что автор от нас хочет: при дальнейшем уменьшении объёма водяной пар уменьшает своё количество так, чтобы остаток пара создавал всё такое же давление, но уже в меньшем объёме.

Зато не сказали пренебрегать объёмом воды. А зря не сказали, потому что плотность насыщенного пара при 100 С - это хоть и в 60 раз больше, чем при 20 С, но всё равно на 3 порядка меньше, чем плотность воды. Так что объёмом воды пренебрегаем на основе осознанного самостоятельного решения. Просто в справочники пришлось лезть.

Чтобы сконденсировалось k-я часть пара, оставшийся объём должен быть (1-k)-я часть от первоначального, сиречь после начала конденсации объём уменьшили ещё в (1/(1-k)) раз. Давление (парциальное, если кто забыл) пара при этом не изменилось. Давление воздуха ещё в (1/(1-k)) раз возросло.

Собираем: p0/(f(1-k))-p0/(1-k)+p0 - это и есть конечное давление смеси.

Собственно, в твоей прошлой задаче f=1/2 и k=1/2, так что ответ 4-2+1=3 - совпало.

А выражение 1/f(1-k) - 1/(1-k) +1 можешь упрощать как хочешь, уже самостоятельно - там нет красивых вариантов.

И естественно, нельзя не вспомнить, что водяной пар вблизи точки конденсации однозначно не является идеальным газом, так что вся эта задача поставлена на условии, которое в реальности не выполняется.
ОГ
Оксана Гаврилова
12 614
Лучший ответ
Валерий 88 Красивое решение. Хотя не совсем удачно у меня, но пар счёл идеальным потому, чтобы применить к нему законы для газовых смесей. Оседает не насыщенный пар, а вода (хотя кипучая); а её плотность много раз превышает плотность насыщенного пара.
Упрощение вашей формулы даёт (1-kf)/(f-kf). К этой ф-ле пришёл и я.
Валерий 88 Впрочем, задачу эту не я придумал: https://otvet.mail.ru/question/189298147. Правда, немного оригинальничал, добавив, что водяной пар считать идеальным газом.

Похожие вопросы