03 Влажность. Водяной пар
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Два сосуда соединены короткой трубкой с закрытым краном. В одном сосуде объёмом л находится влажный воздух с
относительной влажностью
при температуре
. В другом сосуде объёмом
л находится влажный воздух с
относительной влажностью
при той же температуре. Кран открывают, и влажный воздух в сосудах перемешивается. В
сосудах устанавливается та же температура
. Найти относительную влажность
воздуха в сосудах. Ответ дайте в процентах и
окуглите до целых.
Источники:
Пусть – давление насыщенного пара. Давления в первом и во втором отсеках равны
и
соответственно.
Тогда из уравнения Менделеева-Клапейрона найдем массу пара в каждом отсеке
Общее количество пара
Откуда
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: формула относительной влажности, уравнение Менделеева-Клапейрона, формула массы пара); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Горизонтально расположенный цилиндр разделен подвижным поршнем массой кг на две равные части объемом
л
каждая. С одной стороны от поршня находится насыщенный водяной пар при температуре
C, с другой – воздух при той же
температуре. Цилиндр поставили вертикально так, что снизу оказался пар. На какое расстояние
опустится поршень, если
температуру в обеих частях цилиндра поддерживают неизменной? Площадь основания цилиндра
м , давление
насыщенного пара при температуре
C равно
Па. Ускорение свободного падения принять
м/с
Когда цилиндр расположен горизонтально, давление воздуха равно давлению насыщенного водяного пара . Запишем уравнение
Менделеева-Клапейрона для воздуха:
где – количество воздуха.
Откуда количество молей воздуха
При повороте цилиндра давление водяного пара осталось прежним (часть пара сконденсировалась), а давление воздуха уменьшилась, так как на водяной пар дополнительно начал давить поршень. Расставим силы, действующие на поршень
Здесь – давление газа.
Запишем второй закон Ньютона для поршня:
где – сила давления газа,
– сила давления пара,
– ускорение поршня.
Так как поршень покоится, то . Спроецируем второй закон Ньютона на вертикальную ось:
То есть давление газа уменьшилось. При перемещении поршня на расстояние объем воздуха увеличился на
, при этом по
условию температура постоянна, значит, уравнение Менделеева-Клапейрона примет вид:
Отсюда
Проанализируем это выражение. Поршень может опуститься до дна, то есть на величину . При этом мы пренебрегаем
объемом образовавшейся из пара воды, который, как показывает расчет, оказывается очень малым. Тогда выражение имеет смысл
при:
Отсюда
Ответ к задаче следует сформулировать следующим образом: при
;
при
.
мм.
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: уравнение Менделеева-Клапейрона. Записан второй закон Ньютона, либо условие равновесия поршня)); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Подвижный поршень делит объем горизонтально расположенного сосуда на два отсека с общим объемом л. В первый отсек
ввели
моль воды, а во второй ввели
моль азота. Можно считать, что объем введенной воды намного меньше
. В
отсеках установилась температура
К. Сосуд вместе с содержимым прогревают до температуры
К.
Давление насыщенного пара воды при температуре
К равно
Па. Плотность воды
г/см
1. Найти давление в сосуде до прогревания.
2. Найти объем первого отсека до прогревания.
3. Найти давление в сосуде после прогревания.
1) Давление водяного пара удовлетворяет неравенству:
Найдем давление азота при по уравнению Менделеева-Клапейрона:
где – объём, занимаемый азотом.
При этом давление азота удовлетворяет неравенству (представим, что азот занимает весь объём сосуда):
То есть минимальное давление азота больше, чем максимальное давление водяного пара, значит, азот будет занимать полное
пространство сосуда.
2) В первом отсеке будет только вода массой г, где
– молярная масса воды. При этом объём
воды равен:
3) Предположим, что вся вода испарилась. При этом давления азота и пара должны быть равны (так как поршень находится в равновесии). Тогда по уравнению Менделеева-Клапейрона:
где и
– объёмы, занимаемые паром и азотом.
Просуммируем:
так как , то
так как давление насыщенного пара при К равно
, то пар ненасыщенный и вода испарилась полностью, наше
предположение верно.
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: записано уравнение
Менделеева-Клапейрона, сказано, что при равновесии поршня,
давление в обеих частях сосуда равны, сказано, что при
температуре 373 К давление насыщенных паров воды равно | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Один моль азота находится в сосуде объемом под давлением
. Газ откачивают, поддерживая температуру
сосуда (со всем содержимым) неизменной. Какую массу газа придется откачать к тому моменту, когда давление в сосуде упадет
вдвое? Никаких других газов, кроме азота в сосуде нет. Дан ряд табличных параметров азота (не все они понадобятся для
решения): молярная масса
, температура кипения при атмосферном давлении
, удельная
теплота испарения
, температура плавления
Универсальная газовая постоянная
.
В сосуде первоначально находится
Пусть весь азот в сосуде газообразный, тогда по уравнению Менделеева-Клапейрона температура азота равна:
Изобразим фазовую диаграмму состояний
Тогда азот не сможет создать давление Па. При этом масса азота мала, чтобы он занимал весь объём в жидком или
твердом состоянии, значит, в сосуде газ с другой фазой синяя линия на рисунке.
При этом при изотермической откачке азот будет испаряться до тех пор, пока не испарится весь и газ перестанет быть
насыщенным, а затем уже начнёт падать давление до искомого значения. При этом конечное значение массы можно найти из
уравнения Менделеева-Клапейрона:
Тогда искомая величина:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: уравнение Менделеева-Клапейрона, формула искомой массы); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В герметично закрытом сосуде объёмом находится влажный воздух с относительной влажностью
при температуре
. Давление в сосуде
кПа. Найдите массу влажного воздуха. Молярная масса
сухого воздуха
г/моль, молярная масса водяного пара
г/моль, атмосферное давление
кПа.
По закону Дальтона давление влажного воздуха в сосуде равно сумме парциальных давлений:
где – давление воздуха,
– давление водяного пара.
Давление пара можно выразить из формулы относительной влажности:
где кПа – давление насыщенных паров при температуре
C
Так как , то давление сухого воздуха равно:
И давление водяных паров:
Для воздуха и водяного пара справедливо уравнение Менделеева-Клапейрона:
где – давление газа,
– молярная масса газа,
– температура в Кельвинах.
Искомая масса равна:
где – масса водяных паров,
– масса сухого воздуха.
С учётом уравнения Менделеева-Клапейрона:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: закон Дальтона, формула относительной влажности воздуха, уравнение Менделеева-Клапейрона, связь между температурой и давлением водяного пара); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В закрытом сосуде объёмом л находится сухой воздух при давлении
Па и температуре
. В сосуд
помещают кусок льда массой
г и нагревают сосуд до температуры
. Определите давление влажного воздуха
,
если давление насыщенного пара при этой температуре
кПа. Молярная масса воды
г/моль. Универсальная
газовая постоянная
Дж/(моль
K).
Источники:
При нагревании сухого воздуха процесс изохорный, тогда по закону Шарля:
где – конечное давление воздуха,
и
– температура воздуха в Кельвинах.
По закону Дальтона давление влажного воздуха в сосуде равно сумме парциальных давлений:
где – давление водяного пара.
Найдем, испарится ли вся вода или нет. Определим, какое давление будут оказывать водяные пары, если вся вода испарится, для
этого воспользуемся уравнением Клапейрона-Менделеева:
Подставим числовые значения из условия:
Относительная влажность равна:
Так как давление водяного пара меньше давления насыщенного пара, то относительная влажность меньше 100% и
предположение о том, что вся вода испарится верно.
Вернемся к закону Дальтона и найдем искомое давление:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: уравнение Менделеева – Клапейрона, формула для относительной влажности воздуха через давления водяного пара, закон Дальтона. Для решения задачи можно использовать закон Шарля, для описания изменения состояний сухого воздуха (можно решать через уравнение Менделеева-Клапейрона)); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Определить массу воды , которую теряет человек за
ч в процессе дыхания, исходя из следующих данных. Относительная
влажность вдыхаемого воздуха
, относительная влажность выдыхаемого воздуха
. Человек делает в среднем
вдохов в минуту, выдыхая каждый раз
л воздуха. Температура вдыхаемого и выдыхаемого воздуха принять
; давление насыщенного водяного пара при этой температуре
кПа. Молярная масса воды
г/моль,
универсальная газовая постоянная
Дж/(моль
К).
Источники:
Относительная влажность равна:
где – давление газа.
Тогда для вдыхаемого и выдыхаемого воздуха давление равно
По уравнению Клапейрона– Менделеева:
где – количество вещества,
– масса газа,
– температура в Кельвинах.
Выразим массу водяных паров
Откуда изменение массы за 1 вдох
Это потеря за 1 вдох и выход, за час делается вдохов. Откуда потери за час
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: формула относительной влажности, уравнение Менделеева-Клапейрона, формула изменения массы за один вдох, формула для нахождения числа вдохов за час); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В комнате размерами 4*5*3 м, в которой воздух имеет температуру 10 и относительную влажность 30 %, включили
увлажнитель воздуха производительностью 0,2 л/ч. Чему станет равна относительная влажность воздуха в комнате через 1,5
ч? Давление насыщенного водяного пара при температуре 10
равно 1,23 кПа. Комнату считать герметичным
сосудом.
Источники:
Масса испарившейся воды равна
где – её плотность,
– объём
Тогда за 1,5 часа работы увлажнителя испарится 0,2 1,5 = 0,3 л воды, т. е.
кг воды.
Относительная влажность равна
где – давление водяных паров,
– давление насыщенных паров.
Запишем также уравнение Менделеева-Клапейрона
где – объём сосуда,
– масса водяного пара,
– молярная масса водяного пара,
– температура.
Тогда для начального состояния (до работы увлажнителя) и после работы увлажнителя
При этом , значит
Отсюда
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: определение относительной влажности для двух состояний воздуха, уравнение Менделеева – Клапейрона, выражение для производительности увлажнителя); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В двух сосудах объёмами 30 л и 40 л, соединённых трубкой с краном, содержится влажный воздух при комнатной температуре. Относительная влажность в сосудах равна соответственно 40% и 50%. Если кран открыть, то какой будет относительная влажность воздуха в сосудах после установления теплового равновесия, если температура при этом постоянная?
Относительная влажность для первого и второго сосудов соответственно равна:
где — плотность водяных паров в первом и втором сосуде,
— плотность насыщенных водяных паров.
Выразим плотность водяных паров для каждого сосуда:
Масса находится через плотность воздуха и объемы сосудов, которые он занимает:
Так как сосуды объединяют, то масса, получившаяся в результате объединений, равна:
Тогда плотность получившейся смеси:
Относительная влажность после открытия крана будет равна:
С учетом (1) и (2):
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: уравнение Клапейрона - Менделеева и формула для относительной влажности); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В двух сосудах, соединённых трубкой с краном, содержится влажный воздух при комнатной температуре. Относительная влажность в сосудах равна соответственно 40% и 50%. Если кран открыть, то относительная влажность воздуха в сосудах после установления теплового равновесия составит 45,7%. Найдите отношение объемов сосудов.
Относительная влажность для первого и второго сосудов соответственно равна:
где — плотность водяных паров в первом и втором сосуде,
— плотность насыщенных водяных паров.
Выразим плотность водяных паров для каждого сосуда:
Масса находится через плотность воздуха и объемы сосудов, которые он занимает:
Так как сосуды объединяют, то масса, получившаяся в результате объединений, равна:
Тогда плотность получившейся смеси:
Относительная влажность после открытия крана будет равна:
С учетом (1) и (2):
Поделим уравнение на объем второго сосуда и получим:
Найдем отношение объемов сосудов:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: уравнение Клапейрона - Менделеева и формула для относительной влажности); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Воздух в комнате объемом имеет температуру
и относительную влажность
= 20
. Сколько времени
должен работать увлажнитель воздуха, распыляющий воду c производительностью
кг/ч, чтобы относительная
влажность в комнате повысилась до
? Давление насыщенных паров воды при
равно
Па.
Переведем градусы Цельсия в Кельвины: К
Парциальное давление водяного пара при относительной влажности равно:
Из уравнения Менделеева – Клапейрона:
где — давление газа при температуре
,
— объем газа,
— масса газа при температуре
,
—
молярная масса водяных паров,
— универсальная газовая постоянная, а
— температура газа в Кельвинах.
Находим начальную массу пара, содержащегося в комнате:
Аналогично при относительной влажности масса пара равна:
Выразим из (3) время и подставим (1), (2):
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в
данном случае: уравнение Менделеева – Клапейрона, формула для
относительной влажности воздуха через давления водяного пара,
формула абсолютной температуры | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В сосуде под поршнем находится влажный воздух, объем под поршнем уменьшили в раза. При этом давление увеличилось в
раза. Найдите относительную влажность
воздуха в первоначальном состоянии, если давление влажного воздуха в
первоначальный момент времени равно
Па при температуре
. Утечкой вещества из сосуда
пренебречь.
1. При давление насыщенного водяного пара равно нормальному атмосферному давлению:
Па.
2. Так как давление увеличилось в 3 раза, а объем уменьшился в 5, то значит, что часть влажного воздуха сконденсировалась и
стала водой.
3. Запишем закон Дальтона для двух случаев
|
где – давление в конечном состоянии,
– давление воздуха,
– атмосферное давление.
Исключим
Выразим отсюда начальную влажность
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: указано, что при
температуре | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В цилиндре под поршнем находился влажный воздух с относительной влажностью . При изотермическом уменьшении
объёма воздуха в
раза сконденсировалось
г воды. Определите массу пара
, первоначально содержавшегося в
цилиндре.
Пусть давление насыщенных паров равно , первоначальный объём
, молярная масса воды
, температура в цилиндре
.
Запишем влажности:
где – давление водяных паров.
Также запишем уравнение Менделеева-Клапейрона:
С учётом уравнения влажности:
Так как по условию при изотермическом сжатии в 3 раза в сосуде пары сконденсировались (появилась вода), значит, пар станет
насыщенным и его давление станет равно . Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона:
Поделим (1) на (2)
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: указано, что при
температуре | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В герметичном сосуде влажный воздух давлением 100 кПа, температурой , если изотермически уменьшить объём в 3 раза
давление станет таким же, как если бы изохорно увеличить температуру в 1,6 раз. Найти начальную относительную влажность
воздуха.
Влажный воздух представляет собой смесь воздуха и водяных паров. Так как температура воздуха , то давление
насыщенного водяного пара равно 100 кПа, в данном случае – давлению влажного воздуха
.
По закону Дальтона давление газа в сосуде равно сумме парциальных давлений:
где – давление воздуха,
– давление водяного пара.
Давление пара можно выразить из формулы относительной влажности:
где кПа – давление насыщенных паров,
– относительная влажность.
Тогда давление сухого воздуха равно:
При изотермическом сжатии давление насыщенных паров не изменяется. Давление сухого воздуха при изотермическом сжатии
по закону Бойля-Мариотта должно возрасти в 3 раза ,
При этом если пар не становится
насыщенным, то давление водяных паров тоже должно возрасти в 3 раза и давление влажного воздуха тоже возрастает в 3
рааз.
При изохорном нагревании справедлив закон Шарля: Следовательно, давление влажного воздуха возрастает в 1,6
раз
Значит, наше предположение, что в первом случае пар не становится насыщенным ложно и пар стал насыщенным. Тогда
Приравняем (1) и (2):
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: закон Дальтона, формула относительной влажности воздуха, закон Бойля – Мариотта, закон Шарля, связь между температурой и давлением водяного пара); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В вертикальном цилиндре, наполовину заполненном водой, под подвижным поршнем заключен воздух. Поршень находится в
равновесии, когда давление внутри цилиндра равно утроенному атмосферному давлению. При температуре
расстояние между поршнем и поверхностью воды
см. На каком расстоянии
от поверхности воды окажется
поршень, если цилиндр нагреть до температуры
? Атмосферное давление считать нормальным. Давлением
водяных паров при температуре
и изменением объема воды за счет её испарения и теплового расширения
пренебречь.
Источники:
Расставим силы, действующие на поршень в процессе движения
Здесь – давление влажного воздуха,
– масса поршня.
Запишем второй закон Ньютона:
где – сила давления газа,
– сила давления атмосферы,
– ускорение поршня.
В состоянии покоя . Спроецируем второй закон Ньютона в вертикальную ось:
Так как давление внутри цилиндра равно утроенному атмосферному давлению, то
При температуре давление насыщенных паров воды пренебрежимо мало, поэтому давление сухого воздуха
.
При температуре
давление насыщенных паров становится равным атмосферному (100 кПа). Следовательно, давление
сухого воздуха при этой температуре
Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона:
где – давление газа,
– объём газа,
– количество газа,
– температура в Кельвинах.
Отсюда:
При этом объём газа в первом и втором случае равны:
Здесь – площадь поршня.
Тогда
где – площадь поршня,
,
– абсолютные температуры смеси.
Откуда
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: условие равновесия поршня (второй закон Ньютона), связь между температурой и давлением насыщенного пара, уравнение Менделеева-Клапейрона, формула связи температуры в цельсиях с температурой в кельвинах); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В запаянной с одного конца трубке находится влажный воздух, отделённый от атмосферы столбиком ртути длиной мм.
Когда трубка лежит горизонтально, относительная влажность воздуха
в ней равна 80%. Какой станет относительная влажность
этого воздуха
, если трубку поставить вертикально, открытым концом вниз? Атмосферное давление равно 760 мм рт. ст.
Температуру считать постоянной.
Источники:
Относительная влажность равна:
где – давление насыщенных паров
Давление влажного воздуха в первом случае равно атмосферному давлению:
а во втором случае равно:
где – плотность ртути.
По закону Бойля-Мариотта:
Тогда
из уравнения Менделеева-Клапейрона:
где – парциальное давление водяного пара,
давление влажного воздуха,
– количество моль водяного пара в трубке,
– количество моль сухого воздуха в трубке.
Тогда
Кроме того
и по закону Бойля-Мариотта:
Тогда
Относительная влажность:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: формула относительной влажности, закон Бойля-Мариотта, уравнение Менделеева-Клапейрона, сказано, чему равно давление запертого воздуха); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Водяной пар занимает объём л при температуре
. Давление пара
Па. Какая масса
пара
превратится в воду, если объём пара изотермически уменьшить до величины
л? Молярная масса воды
г/моль.
Давление насыщенного пара при равно
Па.
Относительная влажность воздуха равна
где – давление пара,
– давление насыщенного пара.
То есть первоначально пар ненасыщенный. Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона для начального состояния.
где – первоначальная масса пара,
– температура.
Тогда масса пара
После уменьшения объёма пар станет насыщенным, то есть его давление станет равно Па. Запишем также уравнение
Менделеева-Клапейрона для состояния после уменьшения объёма
Объединим (1) и (2)
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: формула относительной влажности воздуха, уравнение Менделеева-Клапейрона); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Относительная влажность при температуре равна
. Во сколько раз
изменится относительная влажность,
если температура упадёт до
? Давление насыщенного водяного пара при
равно
мм. рт. ст., а при
оно равно
мм. рт. ст.
Относительная влажность воздуха равна
где – давление пара,
– давление насыщенного пара.
То есть давление пара в первом случае равно
Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона
где – объём, занимаемый паром,
– масса пара,
– молярная масса пара,
– температура.
Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона для первоначального состояния
Выразим
Предположим, что пар не станет насыщенным, найдем тогда давление пара c помощью уравнения Менделеева-Клапейрона
Объединим (1) и (2)
Так как получившееся давление больше давление насыщенного пара при данной температуре, то пар сконденсировался и
относительная влажность воздуха равна , то есть относительная влажность увеличилась в
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: формула относительной влажности воздуха, уравнение Менделеева-Клапейрона); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В закрытом сосуде находится влажный воздух массой 40 г при температуре и давлении
Па. Масса пара в сосуде
равно 5 г. Определите объём сосуда
Давление влажного воздуха по закону Дальтона равно
где – давление сухого воздуха,
– давление водяного пара.
Давление газа по уравнению Менделеева-Клапейрона равно
где и
– массы сухого воздуха и водяного пара,
и
– молярные массы воздуха и водяного пара ,
–
температура,
– объём сосуда.
Масса сухого воздуха равна
где – масса влажного воздуха.
Объединим (1), (2), (3) и выразим
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: закон Дальтона, уравнение Менделеева-Клапейрона, формула массы сухого воздуха); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В сосуде под поршнем находится влажный воздух при давлении кПа и температуре
с относительной
влажностью
. Объём под поршнем уменьшают в три раза при постоянной температуре. Каким станет давление влажного
воздуха под поршнем? Давление насыщенных паров воды
при температуре
равно 47,3 кПа.
Запишем закон Дальтона:
где – давление влажного воздуха,
– давление водяного пара,
– давление сухого воздуха.
Относительная влажность равна:
где – давление насыщенных паров
То есть
Тогда давление сухого воздуха для первого случая:
При изотермическим уменьшении объёма в 3 раза относительная влажность влажность станет равным 100% и давление водяного пара равно давлению насыщенного пара, а давление сухого воздуха можно описать уравнением Бойля-Мариотта:
Найдём давление влажного воздуха по закону Дальтона во втором случае равно:
Критерии оценивания выполнения задачи | Баллы |
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: | 3 |
I) записаны положения теории и физические законы, | |
закономерности, применение которых необходимо для решения | |
задачи выбранным способом (в данном случае: закон Дальтона, формула относительной влажности, закон Бойля-Мариотта, при необходимости уравнение Менделеева-Клапейрона); | |
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения | |
физических величин (за исключением обозначений констант, | |
указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии | |
задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при | |
написании физических законов); | |
III) представлены необходимые математические преобразования и | |
расчёты, приводящие к правильному числовому ответу | |
(допускается решение «по частям» с промежуточными | |
вычислениями); | |
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения | |
искомой величины | |
Правильно записаны все необходимые положения теории, | 2 |
физические законы, закономерности, и проведены необходимые | |
преобразования, но имеется один или несколько из следующих | |
недостатков | |
| |
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном | |
объёме или отсутствуют. | |
И (ИЛИ)
| |
В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, | |
неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены | |
в скобки, рамку и т.п.). | |
И (ИЛИ)
| |
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях | |
допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не | |
доведены до конца. | |
И (ИЛИ)
| |
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка | |
Представлены записи, соответствующие одному из следующих | 1 |
случаев. | |
Представлены только положения и формулы, выражающие | |
физические законы, применение которых необходимо для решения | |
задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, | |
направленных на решение задачи, и ответа. | |
ИЛИ
| |
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая | |
для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), | |
но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися | |
формулами, направленные на решение задачи. | |
ИЛИ
| |
В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи | |
(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена | |
ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с | |
имеющимися формулами, направленные на решение задачи | |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным | 0 |
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | |
Максимальный балл | 3 |