[рис.] На столе стоит вертикальный цилиндрический сосуд, закрытый сверху подвижным герметичным поршнем, который вначале удерживают в неподвижном состоянии. Внутри сосуда под поршнем находятся влажный воздух, термометр, барометр и гигрометр. Установившиеся показания термометра, барометра и гигрометра равны +10 °C, 100 кПа и 80% соответственно. Стенки сосуда обладают хорошей теплопроводностью, температура воздуха снаружи цилиндра поддерживается постоянной. Как будут изменяться показания приборов, если начать медленно смещать поршень вниз? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.
💡 Пошаговый разбор и решение:
1. Так как стенки сосуда обладают высокой теплопроводностью, при медленном перемещении поршня содержимое сосуда будет успевать обмениваться количеством теплоты с окружающим воздухом, температура которого поддерживается постоянной. Поэтому температура содержимого сосуда изменяться не будет и показания термометра будут неизменными.
2. Смесь воздуха с водяными парами можно считать идеальным газом. При опускании поршня этот газ изотермически сжимается (его объём уменьшается). По закону Бойля — Мариотта давление смеси газов при этом увеличивается, то есть показания барометра будут возрастать.
3. Давление насыщенных паров воды pнас зависит только от температуры и не зависит от объёма, который занимает пар. При опускании поршня парциальное давление pпар водяного пара возрастает. Поэтому относительная влажность $\varphi = \frac{p_пар}{p_нас}$ в сосуде будет увеличиваться от 80% до максимально возможного значения 100%. Следовательно, показания гигрометра сначала будут возрастать, а после того, как водяной пар в сосуде станет насыщенным, будут оставаться неизменными.
2. Смесь воздуха с водяными парами можно считать идеальным газом. При опускании поршня этот газ изотермически сжимается (его объём уменьшается). По закону Бойля — Мариотта давление смеси газов при этом увеличивается, то есть показания барометра будут возрастать.
3. Давление насыщенных паров воды pнас зависит только от температуры и не зависит от объёма, который занимает пар. При опускании поршня парциальное давление pпар водяного пара возрастает. Поэтому относительная влажность $\varphi = \frac{p_пар}{p_нас}$ в сосуде будет увеличиваться от 80% до максимально возможного значения 100%. Следовательно, показания гигрометра сначала будут возрастать, а после того, как водяной пар в сосуде станет насыщенным, будут оставаться неизменными.
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 109081 • Задание №28
Деревянный шар привязан нитью ко дну цилиндрического сосуда с площадью дна S = 100 см2. В сосуд наливают воду ...
ID 107263 • Задание №20
Ученику необходимо на опыте обнаружить зависимость давления газа, находящегося в сосуде, от молярной массы газ...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае: неизменность показаний термометра, возрастание показаний манометра, рост показаний гигрометра до достижения максимального значения 100%) и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: хороший теплообмен содержимого сосуда с окружающим воздухом, закон Бойля — Мариотта, независимость давления насыщенных паров от температуры, определение относительной влажности).
| 3
Дан правильный ответ и приведено объяснение, но в решении имеется один или несколько из следующих недостатков.
В объяснении не указано или не используется одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т. п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочет.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачеркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения.
| 2
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания и приведено объяснение, но в нем не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения.
(ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
(ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки.
(ИЛИ)
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на решение задачи.
| 1
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | 0
Максимальный балл | 3
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае: неизменность показаний термометра, возрастание показаний манометра, рост показаний гигрометра до достижения максимального значения 100%) и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: хороший теплообмен содержимого сосуда с окружающим воздухом, закон Бойля — Мариотта, независимость давления насыщенных паров от температуры, определение относительной влажности).
| 3
Дан правильный ответ и приведено объяснение, но в решении имеется один или несколько из следующих недостатков.
В объяснении не указано или не используется одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т. п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочет.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачеркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения.
| 2
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания и приведено объяснение, но в нем не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения.
(ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
(ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки.
(ИЛИ)
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на решение задачи.
| 1
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | 0
Максимальный балл | 3
🔗 Другие задания линии №21 по предмету Физика:
ID 107284
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 23 °C на стенке стакана с хол...
ID 107285
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $25 градусовС$ на стенке стак...
ID 107286
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате 29 °C на стенке стакана с хол...
ID 107287
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $25 градусов С$ на стенке ста...
ID 107288
В эксперименте установлено, что при температуре воздуха в комнате $29 градусовС$ на стенке стак...