ID: 00014640
В сосуде под поршнём при температуре 100\,^\circC находится 2 г водяного пара и такое же количество воды. Не изменяя температуры, объём сосуда увеличили в 3,5 раза. Определите массу пара в сосуде после изменения объёма.
Источник: Сборник Гиголо
Пока над водой есть жидкость, пар насыщенный. Главное свойство насыщенного пара: при постоянной температуре его давление и плотность не зависят от объёма — они фиксированы. А значит, масса пара, который «помещается» в объём, прямо пропорциональна самому объёму: m_\text{пара} = \rho_\text{нас}\cdot V. Увеличили объём для пара — туда из воды доиспарится ровно столько, чтобы плотность осталась прежней.
Изначально 2 г пара занимали объём V_1 при насыщающей плотности \rho_\text{нас}. Объём вырос в 3,5 раза, плотность та же, поэтому «вместимость» по пару тоже выросла в 3,5 раза:
m_\text{макс} = 3{,}5\cdot m_1 = 3{,}5\cdot 2\;\text{г} = 7\;\text{г}.
То есть новый объём готов вместить до 7 г насыщенного пара.
Всего вещества воды у нас всего 2 + 2 = 4 г (2 г пара + 2 г жидкости). Это меньше 7 г. Значит, вся вода успеет испариться раньше, чем пар станет насыщать новый объём. Жидкости не останется, пар станет ненасыщенным, а его масса — это просто вся масса воды:
m = 4\;\text{г}.
Вот где подвох: если бы воды было больше 7 г, ответ был бы 7 г (испарилось бы ровно столько). Но её всего 4 г — испаряется всё.
Ответ: масса пара m = 4 г.
Весь пар: после расширения масса пара m = 4 г (вся вода испарилась).