Đang tải... (xem toàn văn)
Bài toán nghiên cứu về sự chuyển thể trong chương trình phổ thông thường ít gặp và nếu có thì khá đơn giản. Trong phạm vi đề tài này tôi không đề cập tới những bài tập như vậy, mà muốn khai thác những bài tập nhiệt có liên quan đến sự chuyển thể đặc biệt là bài toán về sự hóa hơi và ngưng tụ, có tính mới và nâng cao để dành cho ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi vật lý. Phần bài tập này đã xuất hiện trong đề thi học sinh giỏi Olympic Vật lý các nước và quốc tế từ những năm 90. Trong một số năm gần đây, trong các đề thi thành lập đội tuyển học sinh giỏi quốc gia của các tỉnh cũng như trong đề thi học sinh giỏi quốc gia của Bộ Giáo dục bắt đầu xuất hiện các dạng bài tập có liên quan đến hiện tượng hoá hơi và ngưng tụ. Bài tập về phần này nhìn chung cũng không quá khó nhưng do các tài liệu viết về nó không nhiều, giáo viên dạy phần nhiệt chỉ tập trung vào nội dung các phương trình trạng thái và các nguyên lý nhiệt động lực học nên thường bỏ hoặc dạy sơ sài phần bài tập sự chuyển pha, mặt khác học sinh nhìn chung cũng không “hứng thú” khi học phần này cho nên kết quả là học sinh làm bài tập phần này có kết quả không tốt. Trong đề thi chọn HSGQG năm học 20132014 cũng có một bài tập về bay hơi và ngưng tụ, qua kết quả điểm mà Bộ Giáo dục công bố thì thấy thí sinh làm phần này rất kém. Xuất phát từ ý tưởng đó, tôi xin viết chuyên đề “ Sự chuyển thể của các chất. Bài toán về sự hoá hơi ngưng tụ trong các đề thi HSG với hy vọng góp một phần nhỏ trong việc nghiên cứu chuyên đề này đối với các em học sinh. Tôi cũng hy vọng đề tài của tôi có đóng góp làm tài liệu tham khảo cho các thày cô giáo tham gia dạy chuyên phần này.
Chuyên đề: “ SỰ CHUYỂN THỂ CỦA CÁC CHẤT BÀI TOÁN VỀ SỰ HÓA HƠI VÀ SỰ NGƯNG TỤ” I ĐẶT VẤN ĐỀ Bài toán nghiên cứu về sự chuyển thể trong chương trình phổ thông thường ít gặp và nếu có thì khá đơn giản Trong phạm vi đề tài này tôi không đề cập tới những bài tập như vậy, mà muốn khai thác những bài tập nhiệt có liên quan đến sự chuyển thể đặc biệt là bài toán về sự hóa hơi và ngưng tụ, có tính mới và nâng cao để dành cho ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi vật lý Phần bài tập này đã xuất hiện trong đề thi học sinh giỏi Olympic Vật lý các nước và quốc tế từ những năm 90 Trong một số năm gần đây, trong các đề thi thành lập đội tuyển học sinh giỏi quốc gia của các tỉnh cũng như trong đề thi học sinh giỏi quốc gia của Bộ Giáo dục bắt đầu xuất hiện các dạng bài tập có liên quan đến hiện tượng hoá hơi và ngưng tụ Bài tập về phần này nhìn chung cũng không quá khó nhưng do các tài liệu viết về nó không nhiều, giáo viên dạy phần nhiệt chỉ tập trung vào nội dung các phương trình trạng thái và các nguyên lý nhiệt động lực học nên thường bỏ hoặc dạy sơ sài phần bài tập sự chuyển pha, mặt khác học sinh nhìn chung cũng không “hứng thú” khi học phần này cho nên kết quả là học sinh làm bài tập phần này có kết quả không tốt Trong đề thi chọn HSGQG năm học 2013-2014 cũng có một bài tập về bay hơi và ngưng tụ, qua kết quả điểm mà Bộ Giáo dục công bố thì thấy thí sinh làm phần này rất kém Xuất phát từ ý tưởng đó, tôi xin viết chuyên đề “ Sự chuyển thể của các chất Bài toán về sự hoá hơi ngưng tụ" trong các đề thi HSG với hy vọng góp một phần nhỏ trong việc nghiên cứu chuyên đề này đối với các em học sinh Tôi cũng hy vọng đề tài của tôi có đóng góp làm tài liệu tham khảo cho các thày cô giáo tham gia dạy chuyên phần này II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ II.1 Cơ sở lý luận của vấn đề II.1.1 Mở đầu: -Pha: là tập hợp vật chất có cấu trúc phần tử như nhau và có những tính chất như nhau - Các chất có ba trạng thái kết tụ khác nhau, còn gọi thể: rắn, lỏng, khí Khi thay đổi nhiệt độ và áp suất thì chất có thể biến đổi từ thể này sang thể khác Quá trình biến đổi đó gọi là sự chuyển thể -Với hai sự chuyển thể ngược nhau xảy ra ở cùng nhiệt độ và áp suất xác định, chúng là hai chiều của cùng một quá trình: nóng chảy và dông đặc, bay hơi và ngưng tụ, thăng hoa và ngưng kết -Có hai dạng chuyển pha: + Chuyển pha loại 1: là các biến đổi pha có kèm theo sự hấp thụ hay tỏa ẩn nhiệt và sự biến đổi thể tích riêng + Chuyển pha loại 2: là quá trình biến đổi pha xảy ra không kèm theo sự hấp thụ hay tỏa nhiệt và sự biến đổi thể tích riêng, nhưng nhiệt dung đẳng áp CP, hệ số nén, hệ số giãn nở thể tích thay đổi đột ngột từ pha này sang pha khác II.1.2 Sự ngưng tụ và sự hoá hơi trong không gian giới hạn Sự hoá hơi là quá trình chuyển chất từ thể lỏng sang thể khí, sự ngưng tụ là quá trình chuyển ngược lại từ thể khí sang thể lỏng Về nguyên tắc thì hơi sinh ra có thể luôn luôn tiếp giáp với chất lỏng hoặc có thể bay đi trong khí quyển Trong trường hợp chuyển thể trong không gian giới hạn thì hơi luôn luôn tiếp giáp với chất lỏng II.1.2.1 Thí nghiệm nén khí đẳng nhiệt: Xét một lượng khí CO2 có khối lượng m được chứa trong một P xilanh kín như hình vẽ Xilanh có thành dẫn nhiệt tốt để đảm bảo nhiệt độ của CO2 trong xilanh luôn bằng nhiệt độ môi trường xung quanh Trạng thái ban đầu của khí được biểu diễn bởi điểm H trên đồ thị p-V như hình vẽ dưới B Ấn từ từ pittông xuống dưới khiến cho các trạng thái nối tiếp nhau của chất trong xilanh là trạng thái cân bằng Trong thí nghiệm đầu ta đặt xilanh trong bình nước đá đang tan, khi đó nhiệt độ của khí CO2 trong bình được giữ ốn định ở nhiệt độ T0=273K Từ đồ thị thực nghiệm ta thấy rằng, khi thể tích V của khí giảm thì áp suất p của nó tăng theo gần đúng định luật Bôilơ-Mariot (đường biểu diễn quá trình nén khí trên đồ thị p-V là một cung hypebol) Khi áp suất p tăng đến giá trị 3500kPa (ứng với điểm A1 p(kPa) trên đồ thị) thì dù có giảm V thì áp suất p cũng không tăng nữa L Trong quá trình giảm V từ Vh xuống Vl thì thấy một mặt là p không đổi, mặt khác ta thấy khí CO2 bắt đầu ngưng tụ, V càng 3500 A2 A1 giảm thì phần khí CO2 bị ngưng tụ càng nhiều Khi V=Vl thì trong bình chỉ còn CO2 ở dạng lỏng Khí CO2 ở trạng thái từ A1 đến A2 H được gọi là hơi bão hoà của chất CO2 Sau khi khí hoá lỏng hoàn O Vl Vh V toàn, nếu tiếp tục nén thì chỉ cần một sự thay đổi nhỏ của thể tích cũng làm áp suất tăng lên rất nhiều, đoạn A2L (đồ thị gần như song song với trục Op) II.1.2.2 Đường đẳng nhiệt: Đường biểu diễn HA1A2L được gọi là đường đẳng nhiệt của CO2 trong xilanh ở nhiệt độ T0=273K Đường này biểu diễn một quá trình gồm 3 giai đoạn: nén khí, khí hoá lỏng, nén chất lỏng Quá trình này có tính thuận nghịch: nếu từ một vị trí bất kì, thay vì ấn pittông xuống, ta nâng pittông lên thì thể tích V tăng và quá trình diễn biến theo chiều ngược lại Từ đường đẳng nhiệt ta có thể rút ra kết luận: Ở 273K chất CO2 có thể tồn tại chỉ ở thể khí dưới áp suất nhỏ hơn 3500kPa, chỉ ở thể lỏng dưới áp suất lớn hơn 3500kPa Ở áp suất 3500kPa thì chất này có thể một phần ở thể lỏng, một phần ở thể khí (hơi) Khí ở áp suất này được gọi là hơi CO2 bão hoà Lưu ý: * Áp suất 3500kPa gọi là áp suất hơi bão hoà ở nhiệt độ T0=273K và được kí hiệu là pb(273K)=3500kPa * Đại lượng là thể tích riêng của hơi bão hoà ở nhiệt độ T0=273K * Đại lượng là thể tích riêng của chất lỏng ở áp suất p0 và nhiệt độ T0=273K Những thí nghiệm với một số chất khác cho thấy quá trình ngưng tụ và bay hơi các chất trong không gian giới hạn cũng tuân theo qui luật tương tự như đối với chất CO2 Những khái niệm về hơi bão hoà và áp suất hơi bão hoà ở một nhiệt độ đã cho đều áp dụng được cho mọi chất II.1.2.3 Giải thích theo vật lí phân tử: Chuyển động nhiệt của các phân tử trong chất lỏng là hỗn loạn, một số có động năng nhỏ hơn động năng trung bình, số khác có động năng lớn hơn Một số ít có động năng lớn hơn nhiều so với động năng trung bình, số này có thể thắng được lực liên kết các phân tử trong chất lỏng và thoát ra ngoài mặt thoáng trở thành phân tử hơi, ta có quá trình bay hơi Trong quá trình bay hơi, một số phân tử có động năng lớn nhất thoát ra khỏi chất lỏng khiến cho động năng trung bình của các phân tử còn lại giảm Vì nhiệt độ chất lỏng tỉ lệ với động năng trung bình nên nhiệt độ chất lỏng cũng giảm Để giữ nguyên nhiệt độ chất lỏng khi bay hơi thì phải truyền cho chất lỏng một nhiệt lượng gọi là ẩn nhiệt hoá hơi Nếu chất hơi tiếp xúc với chất lỏng thì các phân tử hơi chuyển động nhiệt va chạm vào mặt thoáng chất lỏng, một số phân tử bị bật trở về phía hơi, số khác đi vào trong chất lỏng và bị giữ trong đó tạo ra sự ngưng tụ Những phân tử đi vào chất lỏng chịu lực hút hướng về phía chất lỏng nên động năng tăng Sự tăng động năng đó làm cho nhiệt độ chất lỏng tăng Nếu giữ nguyên nhiệt độ chất lỏng thì chất này toả nhiệt, nhiệt lượng toả ra bằng ẩn nhiệt hoá hơi về độ lớn Khi chất lỏng tiếp xúc với hơi, tại mặt thoáng luôn luôn diễn ra hai quá trình ngược chiều nhau là bay hơi va ngưng tụ Khi áp suất p của hơi nhỏ hơn áp suất hơi bão hoà ở cùng nhiệt độ pb(T) thì số phân tử bay hơi lớn hơn số phân tử ngưng tụ (trong cùng thời gian), kết quả là ta được quá trình bay hơi Khi áp suất p của hơi bằng áp suất hơi bão hoà ở cùng nhiệt độ pb(T) thì có sự cân bằng động: số phân tử bay hơi bằng số phân tử ngưng tụ (trong cùng thời gian), kết quả chung là sự bay hơi ngừng lại: Hệ lỏng - hơi ở trạng thái cân bằng Hơi ở trên bề mặt chất lỏng lúc đó được gọi là hơi bão hoà II.1.3 Sự bay hơi trong khí quyển, điểm ba II.1.3.1 Sự bay hơi trong khí quyển: Xét sự bay hơi của nước, ta thấy sự bay hơi này phụ thuộc vào lượng hơi nước đã có sẵn trong không khí với áp suất riêng phần là phn Các quan sát và thí nghiệm cho ta thấy rằng nước bay hơi trong khí quyển với điều kiện áp suất riêng phần phn nhỏ hơn áp suất hơi bão hoà của nước ở nhiệt độ khí quyển pb Nếu áp suất riêng phần của hơi nước phn càng nhỏ so với pb thì với cùng một diện tích mặt thoáng nước sẽ bay hơi càng nhanh Sự bay hơi ngừng lại khi: phn=pb Lúc này người ta nói rằng không khí bão hoà hơi nước Nếu trên mặt thoáng của chất lỏng, không khí lưu chuyển (có gió) thì hơi nước bay lên từ mặt thoáng bị cuốn đi ngay, bảo đảm cho áp suất riêng phần của hơi nước ở sát mặt thoáng cũng có giá trị phn như giá trị chung cho khí quyển Tốc độ bay hơi được duy trì Nếu không khí trên mặt thoáng không lưu chuyển thì hơi nước bay lên làm tăng áp suất riêng phần trong lớp không khí gần mặt thoáng, làm cho lớp này trở nên gần bão hoà hơi nước Lúc này chỉ nhờ quá trình khuếch tán, thường xảy ra chậm, hơi nước ở gần mặt thoáng mới chuyển dần ra xa và nước bay hơi chậm II.1.3.2 Độ ẩm của không khí: Yếu tổ ảnh hưởng tới sự bay hơi trong khí quyển là áp suất riêng phần p hn của hơi nước trong không khí và áp suất hơi nước bão hoà pb ở nhiệt độ của khí quyển (cũng là nhiệt độ của nước bay hơi) Trong đời sống hàng ngày người ta dùng khái niệm độ ẩm của không khí thay cho hai áp suất nói trên Nếu áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí là phn thì trong mỗi mét khối không khí có chứa một khối lượng hơi nước là a mà ta có thể tính được theo phương trình Clapperon-Mendeleep: a được gọi là độ ẩm tuyệt đối của không khí Nếu khối lượng mol của hơi nước tính ra g/mol thì a tính ra g/m3 Giá trị cực đại của độ ẩm tuyệt đối a ứng với cực đại của áp suất riêng phần phn (=pb) được gọi là độ ẩm cực đại A của không khí: Ở một nhiệt độ đã cho thì tốc độ bay hơi càng lớn nếu a càng nhỏ so với A, nói cách khác càng nhỏ so với 1 Tỉ số này được kí hiệu là f và được gọi là độ ẩm tỉ đối của không khí: Độ ẩm tỉ đối f thường được tính ra % Nếu không khí chứa hơi nước với áp suất riêng phần phn như đã nói ở trên mà được làm lạnh dần đến nhiệt độ Tn sao cho pb(Tn)=phn thì hơi nước bắt đầu ngưng tụ, nhiệt độ Tn gọi là điểm sương II.1.3.3 Sự sôi: Nếu ta tăng nhiệt độ của một chất lỏng trong khí quyển (ví dụ nước trong một bình mở) thì quá trình bay hơi qua mặt thoáng diễn ra cũng tăng lên Tới một nhiệt độ nào đó, sự bay hơi mạnh hẳn lên, chất lỏng không chỉ bay hơi qua mặt thoáng mà còn bay hơi từ trong lòng của nó dưới dạng những bọt khí lớn dần lên trong khi nổi lên và vỡ ra ở mặt thoáng Hiện tượng này gọi là sự sôi Sự sôi của một chất lỏng đã cho xảy ra khi nhiệt độ chất lỏng và hơi đạt tới giá trị xác định Ts đối với mỗi chất lỏng Trong suốt quá trình sôi, nhiệt độ của chất lỏng và của hơi vừa bay ra giữ nguyên giá trị Ts Ts được gọi là nhiệt độ sôi (hay điểm sôi) của chất lỏng dưới áp suất khí quyển Thực nghiệm và lí thuyết đều chứng tỏ rằng: chất lỏng sôi ở nhiệt độ Ts mà tại đó áp suất hơi bão hoà pb(Ts) của chất bằng áp suất p0 tác dụng trên mặt thoáng: Nếu trong chất lỏng không sẵn có bọt khí, tức là không có những hạt bụi nhỏ, những điện tích… để tạo nên những tâm sôi ban đầu thì chất lỏng có thể được đun nóng đến nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ Ts mà vẫn không sôi Người ta gọi đó là chất lỏng bị đun quá hay chậm sôi Khi trong chất lỏng chậm sôi hình thành tâm sôi thì sự sôi xảy ra và chất lỏng lại trở về nhiệt độ sôi Ts Hiện tượng chậm sôi được ứng dụng trong buồng bọt để quan sát quỹ đạo của hạt vi mô tích điện chuyển động rất nhanh II.2 Cơ sở thực tiễn Mặc dù lý thuyết đã được trình bày trong các quyển sách đại cương chuyên nghành dành cho sinh viên hoặc trong tài liệu dạy chuyên nhưng nhìn chung cô đọng và khó hiểu cho học sinh phổ thông Còn bài tập thì trong một vài tài liệu có nhưng để học sinh tự học, mặt khác các bài tập trong đề thi HSG quốc gia các năm trước ít chú trọng phần này nên học giáo viên và học sinh thiếu định hướng, dẫn đến thường bỏ dạy phần này, học sinh chưa hiểu rõ nên cũng không hứng thú học Để giải quyết những vấn đề trên tôi đã thực hiện: -Sưu tầm đề thi những năm gần đây trong các kì thi trong nước và ngoài nước để tìm nguồn bài tập, từ đó định hướng các vấn đề lý thuyết cần làm rõ cho học sinh, phân chia dạng bài cho hợp lý -Soạn bài, xây dựng hệ thống bài tập thật chi tiết đày đủ từ câu dễ đến khó, từ cơ bản đến nâng cao -Thông qua nhờ các thày cô giỏi dày dặn kinh nghiệm trong tổ bộ môn xem và góp ý, duyệt chuyên đề trước khi dạy -Tích cực giao bài tập khuyến khích học sinh tự học ở nhà, sau đó chiếu bài giải của học trò với mình để rút kính nghiệm, lắng nghe giải đáp những thắc mắc của học sinh để giải đáp thấu đáo, chỗ nào bản thân cũng chưa hiểu rõ thì phải tìm tài liệu đọc thêm Cụ thể : Tôi phân chia dạng bài tập như trong phần nội dung sau II.3 Nội dung nghiên cứu II.3.1 Hệ thống bài tập về sự hóa hơi và sự ngưng tụ DẠNG 1: Bài tập cơ bản liên quan đến nguyên lý I NĐLH và phương trình trạng thái Ví dụ 1: Ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở 1000C là L = 2250kJ/kg a) Hãy cho biết ý nghĩa của giá trị ẩn nhiệt hóa hơi này? b) Hãy tính xem bao nhiêu phần trăm của nhiệt lượng ấy để tăng nội năng, bao nhiêu phần trăm để sinh công thắng ngoại lực c) Tính năng lượng liên kết u0 của phân tử nước lỏng ở 1000C Coi gần đúng hơi nước như khí lí tưởng Phân tích, gợi ý: - Cần chắc chắn học sinh hiểu đúng về khái niệm nhiệt chuyển thể - Cần chú ý học sinh : với dạng bài tập này ta thường coi bỏ qua thể tích nước lỏng so với thể tích hơi ở cùng nhiệt độ, như vậy tích PV của hơi nước ở nhiệt độ sôi cũng chính là công nước sinh ra khi hóa hơi để thắng ngoại lực - Hơi nước được coi gần đúng như khí lý tưởng - Sử dụng NLI NĐLH để tính độ biến thiên nội năng - Năng lượng liên kết riêng là năng lượng ( độ biến thiên nội năng) tính cho 1 phân tử , nguyên tử nước - Chú ý đổi đơn vị Giải a) Điều đó có nghĩa là 1kg nước ở 1000C nhận nhiệt lượng Q = 2250kJ để chuyển hóa hoàn toàn thành hơi nước ở cùng nhiệt độ ( 1000C) b) Áp dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng 1kg hơi nước ở 1000C và áp suất p chiếm một thể tích V sao cho: pV = 1000 18 8,31 373=172 kJ Nếu bỏ qua thể tích của nước lỏng so với thể tích hơi ở cùng nhiệt độ và ở áp suất 1atm thì đại lượng trên chính là công A' mà 1kg nước sinh ra khi hóa hơi ở 1000C c) Độ tăng nội năng U của 1kg nước ở 1000C khi hóa hơi ở cùng nhiệt độ: U = Q-A' = 2250-172=2078kJ Vậy A= 172 2250 =0,076=7,6 % b) Gọi N là số phân tử nước có trong 1kg: N= 1000 18 N A= 1000 18 6.1023= 13 1026 Năng lượng liên kết u0 tính được như sau: ∆ U 2078.3 −26 u0= = 26 ≈ 6,6.10 J N 10 Ví dụ 2: Nước có khối lượng m = 20 g ở nhiệt độ 00C trong một xilanh cách nhiệt, dưới một pit-tông có trọng lượng không đáng kể, có diện tích S = 410 cm2 Áp suất ngoài bằng áp suất khí quyển chuẩn Nếu truyền cho nước nhiệt lượng Q = 20 kJ thì pit-tông được nâng lên chiều cao bao nhiêu? Ẩn nhiệt hóa hơi của nước L = 2250 kJ/kg Phân tích, gợi ý: Ở đây ta quan niệm ẩn nhiệt hóa hơi L bao gồm cả độ tăng nội năng U (khi nước chuyển từ thể lỏng sang thể hơi) và công A sinh ra khi tăng thể tích Giải Gọi c là nhiệt dung riêng của nước, để làm nóng m gam nước từ 00C đến 1000C (T = 100K) cần một nhiệt lượng mcT Nhiệt lượng còn lại Q - mcT làm cho m' gam nước hóa hơi Q - mcT = Lm' (1) m' gam hơi nước, dưới áp suất khí quyển p0 chiếm một thể tích V p0 V = m'μ RT (2) mà V = Sh Vậy ta có: p0 Sh=Q−mc ΔT Lμ RT Thay số ta có kết quả: Ví dụ 3: Một động cơ nhiệt làm việc theo chu trình Cac-nô với tác nhân là nước, nước này hóa hơi và ngưng tụ Chu trình vẽ ở hình 1, quá trình đẳng nhiệt 1-2 diễn ra ở nhiệt độ T1 = 484K, 3-4 ở T2 = 373Klà 2680kJ Tính công thực hiện bo ửi tác nhân trong một chu trình Tổng nhiệt lượng mà hơi nước nhả ra trong quá trình ngưng tụ 3-4 Giải Công A mà tác nhân sinh ra trong một chu trình: ( ) ( ) A=Q1−Q2= T1 T Q 2 2−Q2= T 1 T −1 Q 2 2= 484 373 −1 2680=800 kJ Hình 1 Ví dụ 4: (Trích đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia lớp 12 THPT năm 2002, ngày thi thứ hai) Một m3 không khí ở nhiệt độ 1000C, áp suất 1 atmotphe vật lí (1atm) và có độ ẩm tương đối 50% được nén đẳng nhiệt thuận nghịch tới thể tích 0,2 m3 a) Tính áp suất của không khí sau khi nén b) Tính công của lực nén c) Tính nhiệt lượng toả ra Phân tích, gợi ý: GV cần chú ý học sinh: - Coi hơi nước chưa bão hoà như khí lí tưởng với Cp/Cv = = 1,33 - Bỏ qua thể tích riêng của nước lỏng so với thể tích riêng của hơi nước ở cùng nhiệt độ - ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở lân cận 1000C là 2250kJ/kg (ẩn nhiệt hoá hơi là nhiệt lượng cần cung cấp cho một đơn vị khối lượng để nó chuyển sang trạng thái hơi ở cùng nhiệt độ) 1 atm = 1,013.105Pa Giải a) Lúc đầu không khí có V0 = 1 m3; p0 = 1 atm Độ ẩm không khí là 50 % nên: Áp suất riêng phần của hơi nước là: pn0= 0,5 atm Áp suất riêng phần của không khí là: pk0 = p0 - pn0 = 0,5 atm Hơi nước bắt đầu ngưng tụ khi áp suất hơi nước là : pn1 = 1 atm Khi đó thể tích của hơi nước và không khí là: V1 = m3 Áp suất của không khí khi đó là: p1 = atm Nén tới thể tích V2 = 0,2 m3 , áp suất riêng phần của không khí là atm Áp suất riêng phần của hơi nước là: pn2 = pn0 = 1 atm Từ đó ta tính được áp suất của không khí khi nén tới thể tích V2 = 0,2 m3 là: p2 = pk2 +pn2 = 2,5 atm b) Quá trình nén là đẳng nhiệt nên công nén khí khi hơi nước chưa ngưng tụ là: Công nén khí khi hơi nước ngưng tụ là : A2 = A21 + A22 Với A21 = pk1V1ln2,5 A22 = pn1.(V1-V2) Thay số ta được kết quả: A1 = 1.103.105.1.0,63915= 70216 J 70,2 kJ A21= 1.103.105.0,5.0,916291=46410 J 46,42 kJ A22= 1.103.105.0,3 = 30390 J 30390 J 30,4 kJ Công tổng cộng của lực nén là: A = A1+ A21 + A22= 147 kJ c) Khối lượng m của hơi nước đã ngưng tụ : Từ đó m = 9,8.18 = 176,5 g Nhiệt lượng tỏa ra do m gam hơi nước ngưng tụ là: Q0 = m.L = 176,5.2250 397 kJ Nhiệt lượng này bằng độ giảm nội năng của m gam hơi nước khi ngưng tụ cộng với công nén khí khi hơi nước bão hòa chuyển thể thành nước Tổng nhiệt lượng tỏa ra là: