ID: 00028598
В цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится водяной пар и капля воды. С паром в сосуде при постоянной температуре происходит процесс a → b → c , pV -диаграмма которого представлена на рисунке.
Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения относительно этого процесса.
1) В процессе a → b масса капли воды уменьшается.
2) В процессе b → c от пара отводится положительное количество теплоты.
3) В состоянии a водяной пар является ненасыщенным.
4) В процессе a → b внутренняя энергия пара постоянна.
5) В процессе b → c плотность пара уменьшается.
Источник: ФИПИ
В цилиндре под поршнем — водяной пар и капля воды, температура всё время постоянна. Процесс $a\to b\to c$ на $pV$-диаграмме: сначала горизонтальный участок $a\to b$ при давлении $2p_0$ (объём растёт от чуть меньше $V_0$ до $V_0$), затем плавная кривая $b\to c$, спадающая до давления $p_0$ при объёме $2V_0$.
Проверим, что кривая $b\to c$ — действительно изотерма идеального газа: $p_bV_b=2p_0\cdot V_0=2p_0V_0$, а $p_cV_c=p_0\cdot2V_0=2p_0V_0$ — произведения совпадают, значит, температура на этом участке не менялась, как и должно быть у обычного (ненасыщенного) газа при постоянной $T$.
А вот на участке $a\to b$ давление держится постоянным, хотя объём растёт — так ведёт себя именно НАСЫЩЕННЫЙ пар: пока в сосуде есть капля жидкой воды, лишний объём тут же заполняется новой порцией пара, испарившейся из капли, и давление насыщенного пара при данной температуре не меняется. Утверждение 3 («в состоянии $a$ пар ненасыщенный») поэтому неверно — на самом деле насыщенный.
Раз объём насыщенного пара растёт (с $a$ до $b$), а его давление и температура постоянны, масса пара должна расти — а пополняется она за счёт испарения капли. Значит, масса капли воды уменьшается. Утверждение 1 верно.
Утверждение 4 говорит, что на $a\to b$ внутренняя энергия пара постоянна. Но масса пара на этом участке растёт (испаряется всё больше воды), а температура не меняется — суммарная внутренняя энергия пара как системы растёт вместе с числом его молекул, а не остаётся постоянной. Неверно.
На участке $b\to c$ пар уже не насыщен (капля закончилась ровно в точке $b$) и расширяется изотермически: раз температура постоянна, внутренняя энергия не меняется, а объём растёт — газ совершает положительную работу и, значит, поглощает тепло, а не отдаёт его. Утверждение 2 («от пара отводится тепло») неверно.
И наконец, плотность пара $\rho=m/V$ на участке $b\to c$: масса пара при этом не меняется (жидкости больше нет, испаряться нечему), а объём растёт с $V_0$ до $2V_0$ — значит, плотность падает. Утверждение 5 верно.