Тип 21 № 42075 
Молекулярная физика−электродинамика. Качественная задача. Влажность
i
В закрытом подвижным поршнем сосуде с начальным объёмом V0 = 8 л при температуре 
находятся m0 = 4 г жидкой воды и её насыщенный пар. Давление насыщенного водяного пара при этой температуре равно p0 = 40,2 кПа. Двигая поршень, объём сосуда медленно увеличивают в 9 раз, поддерживая температуру его содержимого постоянной. Затем поршень закрепляют и увеличивают абсолютную температуру содержимого сосуда в 3 раза. Используя представленную на рисунке координатную сетку, постройте график зависимости давления p пара в сосуде от занимаемого им объёма V. Объясните построение графика, опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики.
Решение. 1. Найдём массу m водяного пара в исходном состоянии, считая пар идеальным газом. Объёмом жидкой воды, имеющей массу m0 = 4 г, можно пренебречь. Тогда, в соответствии с уравнением Менделеева-Клапейрона,
Здесь μ = 18 г/моль — молярная масса воды, 
Обозначим точку на графике, соответствующую исходному состоянию, цифрой «1».
2. При медленном увеличении объёма сосуда находящаяся в нём вода будет испаряться. Поскольку температура содержимого сосуда поддерживается постоянной, то давление насыщенного пара будет оставаться неизменным и равным давлению p0. Так как m0 = 2m, вся вода испарится, когда объём сосуда станет равен 3V0. Обозначим точку на графике, соответствующую этому состоянию, цифрой «2».
3. При дальнейшем изотермическом увеличении объёма пар станет ненасыщенным и будет вести себя как идеальный газ. По закону Бойля Мариотта для этого процесса pV = const. Поэтому при увеличении объёма от 3V0 до 9V0 давление пара уменьшится от p0 до 
а график зависимости 
будет представлять собой участок гиперболы. Обозначим точку на графике, соответствующую окончанию данного процесса, цифрой «3».
4. Процесс нагревания газа при закреплённом поршне является изохорическим. По закону Шарля для этого процесса 
Поэтому при увеличении абсолютной температуры содержимого сосуда в 3 раза давление пара также возрастёт в 3 раза и станет равным p0. Обозначим точку на графике, соответствующую окончанию данного процесса, цифрой «4».
График процесса 1–2–3–4 имеет вид, показанный на рисунке (участок 2–3 гиперболы изображён качественно).
Критерии проверки:| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов | 3 |
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении имеется один или несколько из следующих недостатков. В объяснении не указано или не использованы одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т.п.) И (ИЛИ) Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочёт. И (ИЛИ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты. И (ИЛИ) В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения | 2 |
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев. Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, но в нём не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения. ИЛИ Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. ИЛИ Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки. ИЛИ Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на решение задачи | 1 |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | 0 |
| Максимальный балл | 3 |
находятся m0 = 2 г жидкой воды и её насыщенный пар. Давление насыщенного водяного пара при этой температуре равно p0 = 67 кПа. Двигая поршень, объём сосуда медленно увеличивают в 4 раза, поддерживая температуру его содержимого постоянной. Затем поршень закрепляют и увеличивают абсолютную температуру содержимого сосуда в 2 раза. Используя представленную на рисунке координатную сетку, постройте график зависимости давления p пара в сосуде от занимаемого им объёма V. Объясните построение графика, опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики.
—
Обозначим точку на графике, соответствующую исходному состоянию, цифрой «1».
а график зависимости 
Поэтому при увеличении абсолютной температуры содержимого сосуда в 2 раза давление пара также возрастёт в 2 раза и станет равным p0. Обозначим точку на графике, соответствующую окончанию данного процесса, цифрой «4».