Упражнение 5

1. Почему капельки воды на разогретой сковородке «крутятся» на ней более минуты, прежде чем исчезнуть?

2. В колбе кипятят воду. Затем колбу снимают с огня и закупоривают резиновой пробкой. Если теперь охладить колбу, облив ее холодной водой, то вода в колбе закипает. Почему?

3. Два полых, герметически запаянных шара, в одном из которых вода, соединены трубкой (рис. 6.20). Воздух из шаров откачан. Если пустой шар поместить в сосуд с жидким воздухом, то вода в другом шаре быстро замерзнет. Объясните явление.

Рис. 6.20

4. На улице целый день моросит холодный осенний дождь. В комнате развешено выстиранное белье. Высохнет ли белье быстрее, если открыть форточку?

5. На рисунке 6.21 изображен прибор, называемый кипятильником Франклина. Этот прибор состоит из двух полых стеклянных шаров, соединенных трубкой. В прибор налито некоторое количество спирта и откачан воздух. Если прибор слегка наклонить, то спирт соберется в одном (левом) шаре (см. рисунок). Обхватив этот шар ладонью, мы увидим, что спирт быстро перейдет в другой (правый) шар, хотя он расположен немного выше, и будет в нем бурлить, подобно кипящей воде. Объясните явление.

Рис. 6.21

6. Можно ли газ, имеющий температуру ниже критической, перевести непрерывным путем (минуя состояние равновесия между жидкостью и газом) в жидкость той же температуры?

7. Два сосуда, соединенных трубками с кранами, наполнены водой до разных уровней (рис. 6.22). Воздух из сосудов откачан. Что произойдет, если соединить сосуды, открыв кран: 1) в нижней трубке; 2) в верхней трубке?

Рис. 6.22

8.Опишите, что будет происходить с веществом, если его нагревать при постоянных объемах сосудов V₀, V_к и V₁ (рис. 6.23).

Рис. 6.23

9. Сравните качественно температуру кипения и удельную теплоту парообразования воды в глубокой шахте и на поверхности Земли.

10. Почему в момент выключения газовой горелки из кипящего чайника сразу же вырывается струя пара, хотя до этого пара не было видно?

11. В котел объемом V = 5м³ накачали воду массой т₁ = 20 кг и нагрели содержимое котла до температуры t = 180 °С. Найдите массу т₂ и давление p пара в котле. Плотность насыщенного водяного пара при температуре Т = 453 К равна p = 5,05 кг/м³. Молярная масса воды М = 0,018 кг/моль.

12. В цилиндре под поршнем в объеме V₁ = 1 м³ при температуре t = 30 °С находится смесь азота и насыщенного пара воды. Масса смеси m₀ = 286 г. Какая масса пара сконденсируется, если объем уменьшить в п раз (n = 3) при постоянной температуре? Какое давление р было у смеси до сжатия? Давление насыщенного водяного пара при температуре 30 °С равно р₁ = 4,2 кПа. Молярные массы воды и азота равны соответственно М₁ = 0,018 кг/моль и М₂ = = 0,028 кг/моль.

13. До какой температуры нагреется вода объемом 0,8 л, находящаяся в медном калориметре массой 0,7 кг и имеющая температуру 285 К, если ввести в калориметр пар массой 0,05 кг при температуре 373 К? Удельная теплоемкость воды 4,2 кДж/(кг·К); удельная теплоемкость меди 0,38 кДж/(кг·К); удельная теплота парообразования воды 2,26 МДж/кг.

14. Через змеевик нагревателя, содержащего 12 л воды при температуре 12 °С, пропускают стоградусный водяной пар. Вытекающая из змеевика вода (конденсат) имеет температуру 60 °С. Какое количество пара нужно пропустить через змеевик, чтобы температура воды в нагревателе повысилась до 50 °С?

15. Определите абсолютную влажность воздуха, если парциальное давление пара в нем р = 14 кПа, а температура t = 60°C.

16. В комнате, объем которой V = 100 м³, температура воздуха понизилась от t₁ = 25 °С до t₂ = 15 °С. Сколько водяных паров при этом сконденсировалось из воздуха, первоначально находившегося в комнате, если плотность насыщенного водяного пара при 25 °С равна ρ₁ = 23 г/м³, а при 15 °С — ρ₂ = 12,8 г/м³? Относительная влажность воздуха вначале была равна φ = 90% .

17. В здание необходимо подать 100 000 м³ воздуха при температуре 20 °С и относительной влажности 70%. Воздух забирают с улицы, где он имеет температуру -5 °С и относительную влажность 90%. Давление насыщенных водяных паров при -5 °С равно 400 Па, а при 20 °С — 2,33 кПа. Сколько воды надо дополнительно испарить в подаваемый воздух?

18. После понижения температуры от 27 до 10 °С оказалось, что из каждого кубического метра воздуха выделилось 8 г воды. Какова была относительная влажность воздуха при 27 °С? Давление насыщенного водяного пара при 27 °С равно 3,56 кПа, а при 10 °С — 1,23 кПа.