Решение задачи 10.15.2: Водяной пар в герметичном сосуде

Задача 10.15.2. Выбор правильных утверждений о водяном паре в герметичном сосуде. Решение: Для анализа задачи вспомним основные свойства пара в закрытом сосуде. Сосуд герметичен, значит, его объем \( V \) и масса вещества \( m \) (пока пар не начал конденсироваться) остаются постоянными. Разберем каждое утверждение: 1) При уменьшении температуры в сосуде пар сразу начнет конденсироваться. Это неверно. Конденсация начнется только тогда, когда при охлаждении пар достигнет состояния насыщения (точки росы). До этого момента он остается ненасыщенным. 2) При уменьшении температуры в сосуде плотность пара не изменяется до тех пор, пока пар не станет насыщенным; при дальнейшем уменьшении температуры пар будет конденсироваться, а его плотность будет убывать. Это верно. Плотность пара определяется формулой: \[ \rho = \frac{m}{V} \] Пока пар ненасыщенный, его масса \( m \) и объем \( V \) неизменны, значит, \( \rho = const \). Как только пар становится насыщенным, при дальнейшем охлаждении часть пара превращается в воду (конденсируется), масса пара \( m \) уменьшается, следовательно, уменьшается и его плотность \( \rho \). 3) При увеличении температуры в сосуде давление в нем не изменится. Это неверно. Согласно уравнению состояния идеального газа (закону Шарля для изохорного процесса): \[ \frac{P}{T} = const \] При увеличении температуры \( T \) давление \( P \) ненасыщенного пара будет расти. 4) При увеличении температуры плотность пара в сосуде изменяться не будет. Это верно. Так как сосуд герметичен (\( V = const \)) и вся имеющаяся влага уже находится в состоянии пара (пар ненасыщенный, жидкости нет), то при нагревании масса пара \( m \) не меняется. Следовательно, плотность \( \rho = \frac{m}{V} \) остается постоянной. Ответ: Верными являются утверждения 2 и 4.