Задание 2C751A: Молекулярная физика

Модель: разреженные газы считаем идеальными. Система отсчёта связана с сосудом. Для расчёта состояния неподвижного газа механические оси и проекции сил не требуются: используем давление, объём и абсолютную температуру. Универсальная газовая постоянная R = 8,31 Дж·моль⁻¹·К⁻¹; при переводе температуры используем T = t + 273 К.
1. В первом сосуде пар находится в равновесии с жидкой водой, поэтому он насыщенный. Давление насыщенного пара определяется температурой. При медленном изотермическом сжатии избыток пара конденсируется, но давление остаётся p₀. Объёмом жидкости по условию пренебрегаем.
2. В первом сосуде график p(V) — горизонтальный отрезок от (V₀,p₀) до (V₀÷2,p₀), стрелка влево. Масса пара уменьшается; применять к нему закон Бойля — Мариотта с неизменным количеством пара нельзя.
3. Во втором сосуде сухой воздух не конденсируется; его масса постоянна. По закону Бойля — Мариотта:
pV = p₀V₀,
p = p₀V₀V.
Подстановка конечного объёма:
p₂ = p₀V₀V₀÷2 = 2p₀.
График воздуха — гипербола от (V₀,p₀) до (V₀÷2,2p₀), стрелка влево вверх. Обе кривые начинаются в одной точке, но дальше расходятся.
4. Проверка. Концентрация насыщенного пара при неизменной температуре постоянна, поэтому уменьшение объёма вдвое сопровождается уменьшением массы пара вдвое. В сухом воздухе число молекул не меняется, концентрация и давление удваиваются. Различие графиков вызвано именно фазовым переходом, а не различием начальных условий.

Ответ: пар: p = p₀; воздух: p = p₀V₀÷V, конечное давление 2p₀.