Презентация, доклад по теме Качественные задачи ЕГЭ. Термодинамика.

стеклянную трубку длиной около полуметра, запаянную с одного конца, целиком заполнили водой и установили вертикально открытым концом вниз, погрузив низ трубки на несколько сантиметров в тазик с водой (см. рисунок). При комнатной температуре трубка остается целиком заполненной водой. Воду в тазике медленно нагревают. Где установится уровень воды в трубке, когда вода в тазике начнет закипать? Ответ поясните, используя физические закономерности.

Решение 1. При комнатной температуре вода заполняет всю трубку и не выливается из нее, так как давление насыщенного пара при комнатной температуре очень мало (меньше 3% от нормального атмосферного) и над водой возникнет «торричеллиева пустота», заполненная насыщенным  паром, только в том случае, если высота водяного столба будет равна примерно 10 метрам.  2. Когда температура воды растет, давление ее насыщенного водяного пара также растет, до тех пор, пока при температуре кипения не сравняется с атмосферным давлением. Из-за этого, в тот момент, когда температура воды в трубке приближается к температуре кипения, над водой в трубке появляется пустота, которая заполнена насыщенным паром. С повышением температуры уровень воды в трубке будет становиться ниже. При температуре кипения достигается равенство давления насыщенного пара в трубке и атмосферного давления, поэтому уровень воды в трубке и в тазике одинаков. 
 

(вариант 9, 2013) вариант 9, 2014
Цветок в горшке стоит на подоконнике. Цветок полили водой и накрыли стеклянной банкой. Когда показалось Солнце, на внутренней поверхности банки появилась роса. Почему?
Ответ. За счёт парникового эффекта насыщенный пар под банкой нагревается. Он соприкасается с более холодной поверхностью банки и частично конденсируется. Появляется роса.

В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находится вода и её пар. Поршень начинают выдвигать из сосуда. При этом температура воды и пара остаётся неизменной. Как будет меняться при этом масса жидкости в сосуде? Ответ поясните.
Решение. Так как вода и пар находятся в длительном времени в закрытом сосуде, то пар станет насыщенным. Далее при вдвигании поршня происходит сжатие, притом изотермическое (T=const). Здесь происходит конденсация пара. Вот тут как раз-таки при конденсации паров, идет переход в жидкое состояние. т.е. масса пара уменьшается за счет перехода в жидкое состояние. Значит, масса жидкости в сосуде будет увеличиваться.

количества разряженного газа при его переходе из начального состояния 1 в состояние 4. Как изменялось давление газа Р на каждом из трех участков 1-2, 2-3, 3-4: увеличивалось, уменьшалось или же оставалось неизменным? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.




Давление газа на участке 1-2 увеличивалось, на участке 2-3 не изменялось, на участке 3-4    увеличивалось. На участке 1-2 процесс изотермический. По закону Бойля-Мариотта (pV = const), при уменьшении  объема давление увеличивается. На участке 2-3 процесс изобарный; значит, давление остается неизменным. На участке 3-4 процесс изохорный. По закону Шарля (P/T=const) температура увеличивается, следовательно, давление увеличивается.

t0 долгое время находится только вода и её пар. Масса жидкости в два раза больше массы пара. Первоначальное состояние системы показано точкой на pV-диаграмме. Медленно перемещая поршень, объём V под поршнем изотермически увеличивают от V0 до 6V0. Постройте график зависимости давления p в цилиндре от объёма V на отрезке от V0 до 6V0. Укажите, какими закономерностями Вы при этом воспользовались. 








Решение: 1. На промежутке от V0 до 3V0 давление под поршнем есть константа. (давление насыщенного пара на изотерме). На промежутке от 3V0 до 6V0 давление под поршнем изменяется согласно закону Бойля–Мариотта.  На промежутке от V0 до 3V0 график p(V) – горизонтальный отрезок прямой, на участке от 3V0 до 6V0 – фрагмент гиперболы (для экспертов: отсутствие названий не снижает оценку, названия помогают оценке графика, сделанного от руки).  2. В начальном состоянии над водой находится насыщенный водяной пар, так как за длительное время в системе установилось термодинамическое равновесие.  3. До тех пор, пока в цилиндре остается вода, во время медленного изотермического расширения пар остается насыщенным. Поэтому график p(V) будет графиком константы, т. е. отрезком горизонтальной прямой. Количество воды в цилиндре при этом убывает. При комнатной температуре концентрация молекул воды в насыщенном паре ничтожна по сравнению с концентрацией молекул воды в жидком агрегатном состоянии. Масса воды в два раза больше массы пара. Поэтому, во-первых, в начальном состоянии насыщенный пар занимает объём, практически равный V0. Во-вторых, чтобы вся вода испарилась, нужно объём под поршнем увеличить ещё на 2V0. Таким образом, горизонтальный отрезок описывает зависимость p(V) на участке от V0 до 3V0.  4. При V > 3V0 под поршнем уже нет жидкости, все молекулы воды образуют уже ненасыщенный водяной пар, который можно на изотерме описывать законом Бойля–Мариотта: pV = const, т. е. p ~ 1/V. Графиком этой зависимости служит гипербола. Таким образом, на участке от 3V0 до 6V0 зависимость p(V) изображается фрагментом гиперболы. 

того же идеального газа при одном и том же давлении. Почему изобара 1 лежит выше изобары 2? Ответ обоснуйте. Какие физические закономерности вы использовали для обоснования ответа? Возможное решение: Состояние газа описывается уравнением Менделеева-Клапейрона   pV = υRT, где ν – количество вещества. По условию давление двух порций газа одинаково, поэтому различие температур при одном и том же объеме (см. рис.) объясняется различием количеств вещества. Поскольку при этом Т1 > T2,  то из равенства для  обоих порций газа произведения pV0  вытекает, что υ1 < υ2

поршнем, находится идеальный газ. Его переводят из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояние 3, как показано на рисунке (ΔU – изменение внутренней энергии газа, Q – переданное ему количество теплоты). Меняется ли объём газа в процессе проведения опыта, и если меняется, то как? Ответ обоснуйте, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения

Вариант3, 2013 (вариант 3, 2014) В опыте, иллюстрирующем зависимость температуры кипения от давления воздуха , кипение воды под колоколом воздушного насоса происходит уже при комнатной температуре, если давление достаточно мало.
Используя график зависимости давления насыщенного пара от температуры (рис. ), укажите, какое давление воздуха нужно создать под колоколом насоса, чтобы вода закипела при 40 °С. Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения.







Решение.
Используя график, находим, что давлению насыщенного пара 40 гПа соответствует температура 30оС. Это означает, что в этой точке графика пар находится в равновесии со своей жидкостью. Выше от этой точки давление больше давления насыщенного пара (перенасыщенный пар: φ = p/p0; p > p0; φ > 100%) – выпадает роса, процесс конденсации преобладает над процессом испарения. Ниже нее давление меньше давления насыщенного пара (ненасыщенный пар: φ = p/p0; p < p0; φ < 100%) – испарение жидкости преобладает над процессом конденсации. Таким образом, любая температура большая 30оС приводит к кипению жидкости при заданном давлении.
 

21°С на стенке стакана с холодной водой начинается конденсация паров воды из воздуха, если снизить температуру стакана до 7°С. По результатам этих экспериментов определите относительную влажность воздуха. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей. При понижении температуры воздуха в комнате конденсация паров воды из воздуха начинается при той же температуре стакана 7°С. Изменилась ли относительная влажность воздуха?
Давление и плотность насыщенного водяного пара при различной температуре

 

Решение:
Водяной пар в воздухе становится насыщенным при температуре 7°С. Следовательно, давление р водяного пара в воздухе равно давлению насыщенного пара при температуре 7°С, из таблицы р = 10 гПа. Давление р0 насыщенного водяного пара при температуре 21°С равно 25 гПа.
Относительной влажностью воздуха φ называется отношение:
φ = р/р0;
φ = 10 гПа / 25 гПа = 0,40 = 40%.
Относительная влажность при понижении температуры воздуха в комнате и конденсации паров при той же температуре 7 °С увеличится, так как давление р водяного пара в воздухе остается неизменным, а давление р0 насыщенного водяного пара при понижении температуры воздуха уменьшается.