Решение: Переход пара в воду
Статья к заданиюТройная точка
Прочитайте текст и выполните задания.
Тройная точка
Можно создать условия, при которых пар, жидкость и твёрдое состояние одного вещества попарно сосуществуют, находясь в равновесии. Могут ли находиться в равновесии сразу все три агрегатных состояния? Такая точка на диаграмме «давление – температура» (см. рисунок 1) существует. Её называют тройной точкой.
Если поместить в закрытый сосуд, в котором создан вакуум и поддерживается температура 0 °С, воду с плавающим льдом, то в свободное пространство начнут поступать водяные (и «ледяные») пары.
Рисунок 1
При давлении 4,6 мм рт. ст. наступит состояние динамического равновесия, когда количество испарившихся воды и льда равно количеству сконденсировавшегося за это же время пара. Теперь три фазы – лёд, вода и пар – будут в состоянии равновесия. Эта точка и есть тройная.
Кривые на рисунке – это линии термодинамического (теплового) равновесия между льдом и паром (кривая «в»), льдом и водой (кривая «а»), водой и паром (кривая «б»). Три кривые пересекаются в тройной точке и делят диаграмму на три области: «лёд», «вода» и «водяной пар». Диаграмма позволяет ответить на вопрос, что произойдёт с веществом при нагревании или сжатии.
Используя материал «Тройная точка» и диаграмму «давление – температура», ответьте: можно ли пар, находящийся в состоянии, соответствующем точке Б на диаграмме, перевести в воду, не меняя температуры? Ответ поясните.
Решение по шагам
3 шагаТемпературу сохраняют постоянной, поэтому на диаграмме «давление – температура» состояние вещества изменяется по вертикали: меняется только давление.
$$T = \text{const}$$Из состояния, соответствующего точке Б в области пара, при увеличении давления можно достичь кривой равновесия между водой и паром.
$$p \uparrow$$После пересечения этой кривой вещество оказывается в области воды. Физически это означает конденсацию пара при изотермическом сжатии.
$$\text{пар} \rightarrow \text{вода}$$Да. Пар можно перевести в воду без изменения температуры: при изотермическом сжатии давление увеличивается, и при достижении давления насыщенного пара пар конденсируется.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Утверждать, что для конденсации обязательно нужно понизить температуру.
Не указать, что при постоянной температуре изменяют давление.
Путать кривую равновесия между водой и паром с кривыми равновесия между льдом и водой или льдом и паром.