The solution at revision #15267 of , by emixter. This is not the current version.

Условие

5.10.24∗. Цилиндр сечения 100 см поставлен вертикально в сосуд, из которого откачан воздух. Цилиндр перекрывает подвижный поршень, под которым находится 100 см воды. Цилиндр с поршнем и вода имеют температуру C. Поршень отпускают. Когда он остановился, оказалось, что под ним находятся лед при C и водяной пар. Давление насыщенного пара надо льдом при C равно 610 Па. Вся система теплоизолирована от окружающего пространства. Теплоемкость цилиндра с поршнем 42 Дж/К. На какую высоту поднялся поршень?

К задаче $5.10.24$
К задаче

Решение

Когда поршень поднимается, вода и цилиндр остывают до C, потом часть воды замерзает и превращается в лёд, а та часть воды, которая не замёрзла, испаряется при C.

Запишем закон сохранения энергии для изолированной системы:

вввпп

где в - масса воды (вкг); вДжкгК - удельная теплоёмкость воды; ДжК - теплоемкость цилиндра с поршнем; п - масса водяного пара; Джкг - удельная теплота плавления льда; Джкг - удельная теплота парообразования воды при C.

Отсюда найдём массу водяного пара:

пввв

Подставив численные значения величин, получим:

пкг

Считаем водяной пар идеальным газом, тогда согласно уравнению Клайперона:

ппп

где К; Па; пкгмоль - молярная масса водяного пара.

Подставив численные значения величин, получим:

пм

Высота подъёма поршня:

пм

Ответ

м