Вопрос школьника
Паровой котёл частично заполнен водой, а частично — смесью воздуха и насыщенного пара при температуре Т1 = 373 оК. Начальное давление в котле р1 = 3р0 = 300 кПа. Найти давление р2 в котле после понижения температуры до Т2 = 283 оК.
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо воспользоваться законом Бойля-Мариотта, который гласит, что при постоянной массе газа его давление обратно пропорционально его объему при постоянной температуре. Также необходимо учитывать, что при изменении температуры насыщенный пар может конденсироваться в воду, а вода может испаряться в пар.
Из условия задачи следует, что начальное давление в котле равно 3р0 = 300 кПа. При этом часть котла заполнена водой, а часть – смесью воздуха и насыщенного пара при температуре Т1 = 373 оК. При этой температуре насыщенный пар имеет давление, равное давлению насыщенного пара при этой температуре, то есть 101,3 кПа. Следовательно, давление воздуха в котле равно 300 – 101,3 = 198,7 кПа.
После понижения температуры до Т2 = 283 оК насыщенный пар начнет конденсироваться в воду, а вода – испаряться в пар. При этой температуре давление насыщенного пара равно 30 кПа. Следовательно, давление воздуха в котле останется неизменным и равным 198,7 кПа, а давление пара будет равно 30 кПа.
Таким образом, давление в котле после понижения температуры до Т2 = 283 оК будет равно сумме давления воздуха и давления пара:
р2 = 198,7 + 30 = 228,7 кПа.
